(57)【要約】【課題】本発明のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転において、除霜運転のタイミングによってはダイレクト運転の能力低下を招き、湯切れを招くため、次回のダイレクト運転においてヒートポンプ６の能力低下を防ぐことができ、湯切れを防止できるヒートポンプ給湯機を提供する。【解決手段】ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜を行う除霜運転手段を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を循環させることによって、貯湯タンク内の水をヒートポンプにより加熱し、高温の湯を前記貯湯タンク内に貯める給湯機において、ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜運転を行う除霜運転手段を設けたこと特長とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
圧縮機を停止するまでのヒートポンプ給湯機の運転は、浴槽への湯張り運転であることを特長とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
圧縮機を停止するまでのヒートポンプ給湯機の運転は、給湯端末である蛇口やシャワーなどへの給湯運転であることを特長とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
圧縮機を停止するまでのヒートポンプ給湯機の運転は、湯を用いた床暖房などの放熱運転であることを特長とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
除霜運転手段はダイレクト運転での出湯量が所定量より多い場合に除霜運転を行うことを特長とする請求項請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
除霜運転手段は貯湯タンク内の蓄熱量が所定量より多い場合に除霜運転を行うことを特長とする請求項請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】
除霜運転手段は圧縮機の停止前までの運転時間が所定時間より長い場合に除霜運転を行うことを特長とする請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項８】
除霜運転手段は外気温度が所定の温度より低い場合に除霜運転を行うことを特長とする請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項９】
除霜運転手段は大気と冷媒の熱交換を行う空気熱交換器の温度が所定の温度より低い場合に除霜運転を行うことを特長とする請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１０】
ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜９に記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来の技術による給湯機である。図を見ながら説明する。
【０００３】
図２に示すように、このヒートポンプ給湯機は貯湯タンク８と、ヒートポンプ６による加熱源１を備え、貯湯タンク８の下部から沸上げ管９でヒートポンプ６と接続し、ヒートポンプ６から貯湯タンク上部へ接続している。ヒートポンプ６は圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、空気熱交換器５を環状に接続して構成される。
【０００４】
沸き上げ運転では、ヒートポンプ６の圧縮機１で加圧された高温高圧のガス冷媒が放熱器３に送られて、沸き上げポンプ７で搬送されてきた貯湯タンク８の底部の冷水と熱交換して低温冷媒となる。そして、放熱器３で冷水に放熱した冷媒は減圧装置４で減圧され、二相の冷媒となり、空気熱交換器５に送られて大気と熱交換し低温のガス冷媒となり圧縮機２に循環する。
【０００５】
一方、貯湯タンク８の底部の冷水は沸き上げポンプ７で放熱器３に搬送され冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって沸き上げ管９を通って貯湯タンク８の上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく高温の湯は貯湯タンク８内上部より積層していき貯湯タンク８内を高温の湯が溜まることになる。
【０００６】
貯湯温度検知手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより湯量が検知され、入水温度センサー１５により放熱器３に入る水の温度が検知される。貯湯温度検知手段１０ｄ又は入水温度センサー１５が所定の温度以上となったとき沸き上げ運転を終了する。
【０００７】
大気の温度が低い場合、沸き上げ運転中に空気熱交換器５に大気中の水分が霜となって付着し、空気熱交換器５での大気と冷媒との熱交換を阻害するため、ヒートポンプ６の沸き上げ能力が低下していく。この時、霜を融かすためのデフロスト運転を行うことになる。
【０００８】
従来の発明では、空気熱交換器温度検知手段３５で検知した温度が所定以下の場合、貯湯温度検知手段１０ｄ又は入水温度センサー１５により検知された温度が所定の温度以上でとなり、沸き上げを終了したとき強制的にデフロスト運転を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６３８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年ではダイレクト出湯を行う給湯器が望まれている。ダイレクト出湯によれば、放熱器で加熱された湯水を直接給湯端末（例えばカランなど）から出湯して利用できるので、貯湯タンクを小型化したり、または貯湯タンクを設ける必要がなく、設置のための省スペース化を図ることができる。
【００１０】
しかし、ダイレクト出湯を行うためには、水道水を設定温度まで瞬時に高めなければならず、それに相当する加熱能力を達成するためには圧縮機の回転数が増加し、空気熱交換
器からの熱交換量も増加する。さらに、使用者の出湯要求があるたびにダイレクト出湯を行うので、空気熱交換器では従来技術のような給湯機と比較して着霜が起こりやすくなる。
【００１１】
そして、一度空気熱交換器で着霜が起こってしまうと、外部から十分な熱量が得られなくなるので、ヒートポンプの加熱能力が大いに低下し、特にダイレクト出湯のような運転を行えなくなるだけでなく、慢性的に湯切れを招くと言う課題があった。
【００１２】
本発明の目的は、ダイレクト運転終了後に強制的にデフロスト運転を行う様にすることによりそれまでの着霜を全て除去し、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぎ、湯切れを防止できるヒートポンプ給湯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために本発明の給湯機は、ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜を行う除霜運転手段を設けた。
【００１４】
これにより、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜を行う除霜運転手段を設けたので、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができ、湯切れを防止できるヒートポンプ給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の発明は、ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜運転を行う除霜運転手段を設けたものであり、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【００１７】
第２の発明は、特に第1の発明で、前記圧縮機を停止するまでのヒートポンプ給湯機の運転は、浴槽への湯張り運転としたものであり、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【００１８】
第３の発明は、特に第1の発明で、前記圧縮機を停止するまでのヒートポンプ給湯機の運転は、蛇口やシャワーなどへの給湯運転としたものであり、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【００１９】
第４の発明は、特に第１の発明で、前記圧縮機を停止するまでのヒートポンプ給湯機の運転は、湯を用いた床暖房などの放熱運転としたものであり、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【００２０】
第５の発明は、特に１〜４の発明において、前記除霜運転手段はダイレクト運転での出湯量に応じ出湯量が所定量より多い場合に除霜運転を行うこととしたものであり、着霜の度合いを検知でき無駄な除霜運転を回避できる。
【００２１】
第６の発明は、特に第１〜４の発明において、前記除霜運転手段は前記貯湯タンク内の蓄熱量に応じ、蓄熱量が所定量より多い場合に除霜運転を行うものであり、湯切れの危険性を検知できタンク内の蓄熱量が多く湯切れの危険性が少ない場合にのみ除霜運転を行う
ことができる。
【００２２】
第７の発明は、特に第１〜４の発明において、前記除霜運転手段は前記圧縮機の停止前までの運転時間に応じ、運転時間が所定時間より長い場合に除霜運転を行うこととしたものであり、着霜の度合いを検知でき無駄な除霜運転を回避できる。
【００２３】
第８の発明は、特に第１〜４の発明において、前記除霜運転手段は外気温度に応じ、外気温度が所定の温度より低い場合に除霜運転を行うこととしたものであり、着霜の度合いを検知でき無駄な除霜運転を回避できる。
【００２４】
第９の発明は、特に第１〜４の発明において、前記除霜運転手段は蒸発器の温度に応じ、前記蒸発器の温度が所定の温度より低い場合に除霜運転を行うこととしたものであり、着霜の度合いを検知でき無駄な除霜運転を回避できる。
【００２５】
第１０の発明は、特に第１〜９の発明において、ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたものであり、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。
【００２６】
（実施の形態）
以下、実施の形態による給湯機について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態おけるヒートポンプ給湯機の回路図である。
【００２７】
装置の概要は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱源１であるヒートポンプ６を備え、ヒートポンプ６によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯して給湯に利用する。
【００２８】
先ず、加熱源１であるヒートポンプ６の構成について説明する。ヒートポンプ６は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、冷媒を減圧する減圧手段４、冷媒を蒸発気化する空気熱交換器５で構成されている。
【００２９】
このヒートポンプ６は、圧縮機２の吐出側より放熱器３を介して減圧手段４に接続し、さらに圧縮機２の吸入側に接続している。
【００３０】
また、このヒートポンプ６においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５で大気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。
【００３１】
この時、大気温度センサー３６にて検知した大気温度により圧縮機２の回転数を決定し、運転タイマー３７により連続運転時間を検知する。
【００３２】
一方、湯の沸き上げに関する構成として、沸上げ管９は貯湯タンク８の下部からヒートポンプ６の放熱器３と接続し、ダイレクト混合弁４１を経て貯湯タンク８上部へ接続している。
【００３３】
沸上げ管９が接続されている貯湯タンク上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。
【００３４】
貯湯タンク８からヒートポンプ６に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、沸上げ管９
の途中に出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。
【００３５】
また、ヒートポンプ６において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９の放熱器３入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を沸上げ管９における放熱器３出口近傍に設けている。
【００３６】
そして、貯湯タンク８の温度分布を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度検知手段１０ａ〜１０ｄを備えている。
【００３７】
給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。また、給水管１９上には給水温度を検知するため給水温度センサー１８を備えている。
【００３８】
貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低湯水を任意の比率で混合可能な給湯用混合弁２３が設けられている。
【００３９】
給湯用混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に蛇口やシャワーに代表される給湯端末２４が接続されている。
【００４０】
利用者が給湯のために給湯端末２４を開けると、先ず貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。同時にヒートポンプ６が運転されダイレクト混合弁４１にて、ヒートポンプ６の放熱器３にて加熱された湯水と貯湯タンク８内の高温の湯を混合して給湯管２１に送られる。その後、出湯温度センサー１６にて検知した温度が上昇するに従い、貯湯タンク８からの出湯割合を減少させていく。この時、流量センサー１７で放熱器３を通った湯の流量が計測される。
【００４１】
給湯は、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８と放熱器３で加熱された湯水を混合した湯水と、給水からの低の水を混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。この時の混合比は給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、所定の給湯温度に保たれる。
【００４２】
浴槽１３への注湯に関する構成としては、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられている。給湯と同様に、浴槽１３への注湯と同時にヒートポンプ６が運転されダイレクト混合弁４１にて、ヒートポンプ６の放熱器３にて加熱された湯水と貯湯タンク８内の高温の湯を混合して給湯管２１に送られる。その後、出湯温度センサー１６にて検知した温度が上昇するに従い、貯湯タンク８からの出湯割合を減少させていく。この時、流量センサー１７で放熱器３を通った湯の流量が計測される。
【００４３】
給湯管２１からの湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３４が設けられている。
【００４４】
また、注湯管２８は注湯電磁弁２７を備え、利用者はリモコン（図示しない）により注湯を指示すると注湯電磁弁２７を任意に開成して自動的に注湯を開始し、浴槽１３に注湯を行った後自動的に注湯電磁弁２７を閉止して終了する。
【００４５】
浴槽１３内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路３
１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させている。また、浴槽内１３の温度を検知するために風呂湯温センサー３２を設けている。
【００４６】
熱源側回路３０では貯湯タンク８の上部より高温の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環し、利用側回路３１の低温の湯水と熱交換して、利用側回路３１の湯水の温度を上昇させた後、貯湯タンク８の低温部に環流する。
【００４７】
また、風呂熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知し利用側ポンプ１１の流量を制御するための環流温度センサー３３が取り付けられている。
【００４８】
また、暖房用放熱器３９の運転においては、暖房用電磁弁３８を開成し、ダイレクト混合弁４１を沸き上げ管９側に湯水が流通しないように切り換える。ヒートポンプ６を運転して、沸き上げポンプ７により搬送された貯湯タンク８下部の低温の湯水を放熱器３にて高温の湯として、暖房用放熱器３９に送る。
【００４９】
暖房用放熱器３９では雰囲気に放熱し、低温となった湯水を再び貯湯タンク８の低温部に還流する。
【００５０】
次に、空気熱交換器５に付いた霜を解かす運転である除霜運転の動作について説明する。まず、圧縮機２から吐出される高温高圧の冷媒を放熱器３に送る。この時、放熱器３の水側では熱交換を極力小さくするため、沸き上げポンプ７の循環量を絞る必要がある。放熱器３から減圧装置４に送られた冷媒は、減圧装置４を通って空気熱交換器５に到達する。またこの時、減圧装置４では冷媒を極力冷温低圧にしないように適度に絞り量を調整する必要がある。この様にして、空気熱交換器５送られた高温の冷媒は空気熱交換器５に付いた霜と熱交換して霜を解かしながら、圧縮機２に戻る。
【００５１】
圧縮機２では冷媒は再び加熱され循環を繰り返し、空気熱交換器５に付いた霜を全て解かすことになる。この時、冷媒は圧縮機２での圧縮による温度上昇に加え、温度の高い圧縮機２の構成部品とも熱交換して加熱されることになる。この様にして、ヒートポンプ６の加熱能力を回復することができる。
【００５２】
また除霜運転を行うタイミングについて説明すると、除霜運転検知手段４２は浴槽１３への注湯運転が終了した後であって、圧縮機２を停止する前のタイミングで除霜運転を行うようにする。そして、このタイミングで除霜運転を行うので、圧縮機２で加熱される冷媒は、圧縮機２での圧縮による温度上昇に加え、温度の高い圧縮機２の構成部品とも熱交換して加熱されることになり、除霜の発生が生じず、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【００５３】
なお、上記以外のタイミングであって、例えば、給湯端末２４である蛇口やシャワーなどへの給湯運転が終了した後であって、圧縮機２を停止する前に行うようにしてもよい。
【００５４】
また、暖房放熱器３９の放熱運転が終了後であって、圧縮機２を停止する前に行うようにしてもよい。
【００５５】
さらに、流量計１７で検知した出湯量が所定量より多い場合、例えば２．５Ｌ／ｍｉｎ以上となった場合や、貯湯温度検知手段１０ａ〜１０ｄで検知した温度により推算される貯湯タンク８の蓄熱量が所定量より多い場合で例えば最大貯湯量の５０％以上の場合や、運転タイマー３７で検知した圧縮機２の運転時間が所定時間より長い場合で例えば圧縮機２の運転時間が３０分以上の場合や、大気温度センサー３６にて検知した大気温度が所定温度より低い場合で例えば３℃以下の場合や、空気熱交換器温度検知手段で検知した空気
熱交換器５の温度が所定温度より低い場合で例えば３℃以下の場合の何れか１つ以上の組み合わせにより、圧縮機２の運転を停止する前に除霜運転を行うようにしてもよい。
【００５６】
この様に、ヒートポンプ６により加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜を行うことにしたので、圧縮機２で加熱される冷媒は、圧縮機２での圧縮による温度上昇に加え、温度の高い圧縮機２の構成部品とも熱交換して加熱されることになり、除霜の発生が生じず、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる給湯機は、ヒートポンプにより加熱された湯を直接利用するダイレクト運転が終了し圧縮機を停止する前に除霜を行う除霜運転手段を設けたので、次回のダイレクト運転においてヒートポンプの能力低下を防止し、湯切れを防ぐことができるヒートポンプ給湯機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態における給湯機の回路図
【図２】従来の給湯機の回路図
【符号の説明】
【００５９】
１  加熱源
２  圧縮機
５  空気熱交換器
６  ヒートポンプ
７  沸上げポンプ
８  貯湯タンク
１３  浴槽
２４  給湯端末
【図１】
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【図２】
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