(57)【要約】【課題】貯湯タンク２内の温水を循環させることなく、ヒートポンプユニット１ａ内の水回路の凍結を防止する。【解決手段】三方弁１４を冷媒迂回路１１ａ側に切り替え、ヒートポンプサイクルを低い能力で稼動させる凍結防止運転を設定し、制御装置５は、通常のサイクル運転を停止している状態において、水温センサ１６、１７にて検出される水温が所定値より低くなった時に、凍結防止運転を実行する。これにより、ヒートポンプサイクルを低い能力で稼動させるとともに、給湯用流水を少ない流量で水熱交換器７およびバイパス通路１９を通過させることで、水熱交換器で暖められた温水がバイパス通路１９を通って給湯器内の水回路を循環するため、ヒートポンプユニット１ａ内の水回路の凍結を防止することができる。また、貯湯タンク２内の温水には影響を与えない。【選択図】図３
2007139415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯用水を貯留する貯湯タンク（２）と、
吸引した冷媒を加圧して吐出する圧縮機（６）と、前記圧縮機（６）で加圧された冷媒と前記貯湯タンク（２）から流水配管（３）を介して供給された給湯用水との熱交換を行ない、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成された水熱交換器（７）と、前記水熱交換器（７）より流出した冷媒を減圧させる膨張弁（８）と、前記膨張弁（８）で減圧された冷媒を外気と熱交換させる空気熱交換器（９）とを有するヒートポンプサイクルと、
前記貯湯タンク（２）と前記水熱交換器（７）との間で前記給湯用水を循環させる流水配管（３）と、
前記流水配管（３）に設けられ、前記給湯用水を循環させるウォータポンプ（４）と、
前記貯湯タンク（２）をバイパスするバイパス通路（１９）と、
前記給湯用水の流路を前記貯湯タンク（２）側と前記バイパス通路（１９）側とに切り替える水流路切替手段（２０）と、
前記流水配管（３）の水温を検出する水温検出手段（１６、１７）と、
前記水流路切替手段（２０）を前記貯湯タンク（２）側へ切り替え、前記ヒートポンプサイクルを稼動させるとともに、前記給湯用水の循環を行う通常のサイクル運転と、
前記通常のサイクル運転が停止している状態において、前記水温検出手段（１６、１７）にて検出される水温が所定値より低くなった時に、前記ヒートポンプサイクルを前記通常のサイクル運転時よりも低能力で稼動させるとともに、前記水熱交換器（７）で加熱された前記給湯用流水が少ない流量で前記バイパス通路（１９）を通過するように前記給湯用流水を循環させる凍結防止運転とを行うように、前記圧縮機（６）、前記水流路切替手段（２０）および前記ウォータポンプ（４）を制御する制御装置（５）とを有することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
【請求項２】
前記凍結防止運転時、前記圧縮機（６）を前記通常のサイクル運転時よりも低回転で運転させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯用水の加熱手段としてヒートポンプサイクルを用いたヒートポンプ式給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、寒冷地等で給湯器内の水回路が凍結して破損することに対し、それを防止する方法として、外気温の低い時には給湯器内での水循環を停止させ、加熱装置だけを運転して水熱交換器及びその周辺の水配管の凍結を防止するものがある。
【０００３】
また、特開平１１−６３６６１号公報では、タンク内の水をウォータポンプで循環させて、水回路の凍結を防止している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来の加熱装置だけを運転する方法では、水熱交換器から離れた部分の水配管やウォータポンプの凍結が防ぎきれないという問題があり、前記公報のタンク内の水を循環する方法では、タンク内に冷水が流れ込むことにより、タンク内の温水温度が低下したり温度分布にムラができたりして、希望温度での出湯制御が困難になるというような問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、タンク内の温水を循環させることなく、給湯器内の水回路の凍結が防止できるヒートポンプ式給湯器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
本発明にかかる給湯装置は、給湯用水を貯留する貯湯タンク（２）と、吸引した冷媒を加圧して吐出する圧縮機（６）と、圧縮機（６）で加圧された冷媒と貯湯タンク（２）から流水配管（３）を介して供給された給湯用水との熱交換を行ない、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成された水熱交換器（７）と、水熱交換器（７）より流出した冷媒を減圧させる膨張弁（８）と、膨張弁（８）で減圧された冷媒を外気と熱交換させる空気熱交換器（９）とを有するヒートポンプサイクルと、貯湯タンク（２）と水熱交換器（７）との間で給湯用水を循環させる流水配管（３）と、流水配管（３）に設けられ、給湯用水を循環させるウォータポンプ（４）と、貯湯タンク（２）をバイパスするバイパス通路（１９）と、給湯用水の流路を貯湯タンク（２）側とバイパス通路（１９）側とに切り替える水流路切替手段（２０）と、流水配管（３）の水温を検出する水温検出手段（１６、１７）と、水流路切替手段（２０）を貯湯タンク（２）側へ切り替え、ヒートポンプサイクルを稼動させるとともに、給湯用水の循環を行う通常のサイクル運転と、通常のサイクル運転が停止している状態において、水温検出手段（１６、１７）にて検出される水温が所定値より低くなった時に、ヒートポンプサイクルを通常のサイクル運転時よりも低能力で稼動させるとともに、給湯用流水が少ない流量で水熱交換器（７）およびバイパス通路（１９）を通過するように給湯用流水を循環させる凍結防止運転とを行うように、圧縮機（６）、水流路切替手段（２０）およびウォータポンプ（４）を制御する制御装置（５）とを有するものである。
【０００８】
これにより、通常のサイクル運転が停止している状態において、水温検出手段（１６、１７）にて検出される水温が所定値より低くなった時に、ヒートポンプサイクルを通常のサイクル運転時よりも低能力で稼動させるとともに、水熱交換器（７）で加熱された給湯用流水を少ない流量でおよびバイパス通路（１９）を通過させることで、水熱交換器で暖められた温水がバイパス通路を通って給湯器内の水回路を循環するため、その凍結を防止することができる。また、給湯用水はバイパス通路を通って循環されるため、貯湯タンク内の温水に影響を与えない。
【０００９】
また、凍結防止運転時、圧縮機（６）を通常のサイクル運転時よりも低回転で運転させることが望ましい。
【００１０】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明のヒートポンプ式給湯器を図面に基づいて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。本実施形態でのヒートポンプ式給湯器１は、給湯用水を貯留する貯湯タンク２、この貯湯タンク２に接続される流水配管３、この流水配管３に給湯用水を流通させるウォータポンプ４、給湯用水の加熱手段である後述する超臨界ヒートポンプサイクルのヒートポンプユニット１ａ、及びヒートポンプ式給湯器１の作動を制御する制御装置５等より構成される。
【００１３】
貯湯タンク２は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク２に貯留される給湯用水は、使用時に冷水と混合して温度調節した後、主にキッチンや風呂等で使用されるが、給湯用以外にも、例えば床暖房用や室内空調用等の熱源として利用することもできる。
【００１４】
流水配管３は、貯湯タンク２と後述の水熱交換器７とを接続する冷水配管３ａと温水配管３ｂとで構成される。冷水配管３ａは、一端が貯湯タンク２の下部に設けられた冷水出口２ａに接続され、他端が水熱交換器７に設けられる水通路（図示しない）の入口に接続されている。温水配管３ｂは、一端が前記水通路の出口に接続され、他端が貯湯タンク２の上部に設けられた温水入口２ｂに接続されている。
【００１５】
ウォータポンプ４は、図１に矢印で示すように、貯湯タンク２内の給湯用水が冷水出口２ａから冷水配管３ａ→水通路→温水配管３ｂを流れて温水入口２ｂから貯湯タンク２へ還流する様に水流を発生させる。このウォータポンプ４は、内蔵するモータ（図示しない）の回転数に応じて流水量を調節することができる。
【００１６】
超臨界ヒートポンプサイクルは、図１に示すように、圧縮機６、水熱交換器７、膨張弁８、空気熱交換器９、アキュームレータ１０、これらの機器を繋ぐ冷媒配管（高圧配管１１と低圧配管１２）等によって構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されている。
【００１７】
圧縮機６は、内蔵するモータ（図示しない）によって駆動され、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。圧縮機６の冷媒吐出量は、モータの回転数に応じて可変する。
【００１８】
水熱交換器７は、圧縮機６で加圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、前述した水通路に隣接して冷媒通路（図示しない）が設けられ、その冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と水通路を流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００１９】
膨張弁８は、水熱交換器７と空気熱交換器９との間に設けられ、水熱交換器７で冷却された冷媒を減圧して空気熱交換器９に供給する。この膨張弁８は、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、制御装置５により通電制御される。
【００２０】
空気熱交換器９は、外気ファン１５による送風を受けて、膨張弁８で減圧された冷媒を外気との熱交換によって蒸発させる。
【００２１】
アキュームレータ１０は、空気熱交換器９で蒸発した冷媒を気液分離してサイクル中の余剰冷媒を蓄えると共に、ガス冷媒のみ圧縮機６に吸引させる。
次に、本発明の要部について説明する。
【００２２】
水熱交換器７と膨張弁８との間の高圧配管１１に冷媒迂回路１１ａを設けて、その冷媒迂回路１１ａの先にウォータポンプ４の上流側で冷水配管３ａを暖める水回路加熱部１３を設けた。
【００２３】
この水回路加熱部１３は、図１の円内の斜視図に示すように、真鍮管等で形成された冷水配管３ａの外周に銅のキャピラリーチューブ等による冷媒配管１３ａを巻き付けて、接触面をろう付け等で接合して熱交換容易とし、断熱材１３ｂで覆って外気との断熱を行なっている。
【００２４】
冷媒迂回路１１ａへの切り替えは、高圧配管１１に設けた冷媒流路切替手段である三方弁１４で行われ、迂回した冷媒は水回路加熱部１３で冷水配管３ａ中の給湯用水を加熱した後、三方弁１４と膨張弁８との間の高圧配管１１に戻される。尚、三方弁１４は制御装置５により通電制御される。
【００２５】
上記のヒートポンプ式給湯器１は、水熱交換器７に流入する給湯用水の温度（給水温度）を検出する給水温度検出手段としてサーミスタ等の水温センサ１６と、水熱交換器７より流出する給湯用水の温度（給湯温度）を検出する給湯温度検出手段としてサーミスタ等の水温センサ１７とを備えており、両センサ１６，１７の検出信号は制御装置５に入力される。
【００２６】
次に、通常のサイクル運転を説明する。
【００２７】
冷媒は、圧縮機６で加圧されて高温高圧となり、水熱交換器７で給湯用水に放熱して冷却され、冷媒迂回路１１ａを通ることなく、膨張弁８に供給され、膨張弁８の開度に応じて減圧される。減圧された低温低圧の冷媒は、空気熱交換器９  （外気ファン：ＯＮ）で外気より吸熱して蒸発し、アキュームレータ１０で気液分離された後、ガス冷媒のみ圧縮機６に吸引されるサイクルを繰り返す。
【００２８】
給湯用水は、ウォータポンプ４で加圧され、水熱交換器７で冷媒から吸熱して温水となり、貯湯タンク２へ送られて貯められる。そして、貯湯タンク２内が全て温水となって、冷水配管３ａ側からの給水温度が高くなったことを水温センサ１６で検出したら、冷媒及び給湯用水の循環を停止させる。
【００２９】
次に、本発明に係わる上記サイクル運転停止中のヒートポンプ式給湯器１内水回路の凍結防止運転について説明する。図２は、制御装置５での処理手順を示すフローチャート図である。
【００３０】
ステップＳ１では、水温センサ１６，１７の検出信号を一定サイクルで取り込み、前記水回路の水温が凍結防止運転が必要な温度か否かを判定する。本実施形態では、３℃以下を凍結防止運転必要温度としており、３℃より高い場合はリターンして水温の判定のみを続行し、３℃以下となった場合はステップＳ２に進んで凍結防止運転を開始する。
【００３１】
そのステップＳ２では、三方弁１４を冷媒迂回路１１ａ側へ切り替えて、圧縮機６を通常４〜５千回転に対して１千回転程度の低速で駆動させる。これにより、前記水回路は水熱交換器７及び水回路加熱部１３で暖められて凍結が防止される。
【００３２】
ステップＳ３では、凍結防止運転中に前記水回路の水温が充分上がったことを検出する。本実施形態では、１０℃より高くなったところでステップＳ４に進んで凍結防止運転を停止する。
【００３３】
そのステップＳ４では、圧縮機６を停止させ、三方弁１４を通常の冷媒迂回路１１ａを通さない側へ切り替える。
【００３４】
このように、ヒートポンプサイクルを低い能力で稼動させることで水熱交換器７及び、冷媒迂回路１１ａの先に設けた水回路加熱器１３で水熱交換器７から離れた部分の冷水配管３ａやウォータポンプ４も暖められるため、ヒートポンプユニット１ａ内の水回路の凍結を防止することができる。また、給湯用水の循環は行なわないため、貯湯タンク２内の温水には影響を与えない。
【００３５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。図１の第１実施形態と異なるのは、ヒートポンプサイクルにおける高圧配管１１部に冷媒迂回路１１ａが無い代わりに、水回路における流水配管３に、貯湯タンク２をバイパスするバイパス通路１９を設けた。このバイパス通路１９への切り替えは、温水配管３ｂに設けた水流路切替手段である三方弁２０で行われ、三方弁２０は制御装置５により通電制御される。
【００３６】
通常のサイクル運転は、第１実施形態と同じである。
【００３７】
次に、本発明に係わる上記サイクル運転停止中のヒートポンプ式給湯器１内水回路の凍結防止運転について説明する。図４は、制御装置５での処理手順を示すフローチャート図である。
【００３８】
ステップＳ５では、水温センサ１６，１７の検出信号を一定サイクルで取り込み、前記水回路の水温が凍結防止運転が必要な温度か否かを判定する。本実施形態では、３℃以下を凍結防止運転必要温度としており、３℃より高い場合はリターンして水温の判定のみを続行し、３℃以下となった場合はステップＳ６に進んで凍結防止運転を開始する。
【００３９】
そのステップＳ６では、三方弁２０をバイパス通路１９側へ切り替えて、ウォータポンプ４を低速で駆動させると共に、圧縮機６を通常４〜５千回転に対して１千回転程度の低速で駆動させる。
【００４０】
ステップＳ７では、凍結防止運転中に前記水回路の水温が充分上がったことを検出する。本実施形態では、１０℃より高くなったところでステップＳ８に進んで凍結防止運転を停止する。
【００４１】
そのステップＳ８では、圧縮機６とウォータポンプ４を停止させ、三方弁２０を通常のバイパス通路１９を通さない側へ切り替える。
【００４２】
このように、ヒートポンプサイクルを低い能力で稼動させると共に、給湯用水を少ない流量で循環させることで、水熱交換器７で暖められた温水がバイパス通路１９を通ってヒートポンプユニット１ａ内の水回路を循環するため、その凍結を防止することができる。また、給湯用水はバイパス通路１９を通って循環されるため、貯湯タンク２内の温水に影響を与えない。
【００４３】
（その他の実施形態）
第１実施形態ではヒートポンプサイクル側に冷媒迂回路１１ａを、また、第２実施形態では水回路側にバイパス通路１９を設けているが、勿論この両方を設ける構成としてもよい。
【００４４】
また、上述の実施形態では、凍結防止運転時の圧縮機６の回転数を所定の低速回転としたが、その加熱による水回路の温度の上がり具合によって、圧縮機６の回転数等で加熱度を加減する制御としてもよい。
【００４５】
本発明はヒートポンプサイクルのみならず、他の冷媒圧縮式冷凍サイクルに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態でのヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。
【図２】制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第２実施形態でのヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。
【図４】制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ    ヒートポンプユニット
２    貯湯タンク
３    流水配管
４    ウォータポンプ
５    制御装置（制御手段）
６    圧縮機
７    水熱交換器
８    膨張弁
９    空気熱交換器
１０    アキュームレータ
１１    高圧配管
１１ａ    冷媒迂回路
１３    水回路加熱器
１４    三方弁（冷媒流路切替手段）
１６、１７    水温センサ（水温検出手段）
１９    バイパス通路
２０    三方弁（水流路切替手段）
【図１】
2007139415.tif 000003
【図２】
2007139415.tif 000004
【図３】
2007139415.tif 000005
【図４】
2007139415.tif 000006