(57)【要約】【課題】貯湯槽を設けることなく即湯性に対応できるととともに、エネルギー効率に優れる状態で給湯する。【解決手段】冷媒を封入して循環流動する冷媒配管１に、電動モータ２によって駆動される圧縮機３と、圧縮機３からの高温冷媒の熱を放熱する熱交換器４と、膨張弁５と、蒸発器６とをその順に介装し、電気式ヒートポンプ給湯器７を構成する。熱交換器４に給水管８を導入し、圧縮機３からの高温冷媒が放熱する熱によって給水管８内を流動する水を加熱する。熱交換器４の下流側で、給水管８を、ガス式瞬間湯沸かし器９を構成する加熱部１０に伝熱可能に付設する。これにより、給湯に際して、電気式ヒートポンプ給湯器７による加熱を行うが、その立ち上がりが遅くて設定温度の湯が得られていない場合には、ガス式瞬間湯沸し器９による加熱を行い、即座に設定温度の湯を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環流動する冷媒配管に、冷媒を圧縮して高温化する電動型の圧縮機と、前記圧縮機からの高温冷媒の熱を放熱して給水管内を流動する水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器からの冷媒を断熱膨張する膨張手段と、前記膨張手段からの冷媒を加熱する蒸発器とを、その順に設けて電気式ヒートポンプ給湯器を構成し、ガス加熱手段によって加熱する加熱部を設け、前記熱交換器の下流側で前記給水管を前記加熱部に伝熱可能に付設したことを特徴とするハイブリッド型給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド型給湯装置において、
電気式ヒートポンプ給湯器の上部に、ガス加熱手段および加熱部を一体的に設けたものであるハイブリッド型給湯装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のハイブリッド型給湯装置において、
ガス加熱手段からの燃焼排ガスを蒸発器の加熱熱源に利用するように構成してあるハイブリッド型給湯装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のいずれかに記載のハイブリッド型給湯装置において、
出湯要求を感知して給湯信号を出力する出湯感知手段と、
熱交換器と加熱部間での給水管内を流れる水の温度を計測する水温センサと、
前記出湯感知手段からの給湯信号に応答して電気式ヒートポンプ給湯器を起動する給湯起動手段と、
前記水温センサによる計測水温と設定温度を比較して計測水温が設定温度以下のときに加熱信号を出力し、計測水温が設定温度を超えたときに非加熱信号を出力する比較手段と、
前記出湯感知手段から給湯信号が出力されている状態での前記比較手段からの加熱信号に応答してガス加熱手段を起動する起動手段と、
前記出湯感知手段から給湯信号が出力されている状態での前記比較手段からの非加熱信号に応答して前記ガス加熱手段を停止するガス加熱停止手段と、
を備えているハイブリッド型給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式ヒートポンプ給湯器とガス加熱手段による給湯構成とを備えたハイブリッド型給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の加熱手段を備えた給湯装置としては、従来、次のようなものが知られている。
Ａ．第１従来例
水道の給水管に三方切替弁を接続し、三方切替弁の一方を貯湯槽として使用する電気温水器の給水口に接続し、他方を瞬間湯沸かし式ガス給湯器の給水口に接続し、ガス給湯器の給湯管を電気温水器から出湯する給湯管に接続して構成されている。
この構成により、夜間電力時間帯に三方切替弁を電気温水器に給水する方向に切り替え、電気ヒータを使用して貯湯槽の下部まで湯を貯え、昼間電力時間帯には、貯湯を使い切った後に三方切替弁をガス給湯器に給水する方向に切り替え、ガス燃焼により給湯を行うようになっている。（特許文献１参照）。
【０００３】
Ｂ．第２従来例
蒸発器と、圧縮機と、圧縮機を駆動する電動機と、熱交換器と、膨張タービンとが自然冷媒が封入された循環管路で連結されて自然冷媒ヒートポンプが構成されている。熱交換器に配管を介して貯湯槽が接続されている。一方、燃料電池の電池スタックに、循環ポンプを設けた配管が接続され、その配管に放熱器と低温水用熱交換器とが並列に接続され、低温水用熱交換器に給水管が接続されるとともに、その給水管が貯湯槽に接続されている。
この構成により、燃料電池で発生する排熱により得られた約６０℃の低温水を貯湯槽に導き、深夜の電気料金が安い時間帯や高温水を必要とするときに、貯湯槽内の低温水を自然冷媒ヒートポンプの熱交換器に供給して約９０℃まで昇温し、貯湯槽内から給湯、風呂用の湯の供給を行うことができるようになっている。
また、燃料電池の改質器からの燃焼排ガスが蒸発器に供給されるように構成されている。（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０６８０８号公報（図４）
【特許文献２】特開２００５−３３７５１６号公報（図１、図２）
【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、上述第１および第２従来例の場合、貯湯槽内に湯を貯めておき、湯を必要とするときに即座に出湯できる、いわゆる即湯性に対応できるようにしているが、常に湯を貯めるために貯湯槽を必要とし、貯湯槽を設置するための大きなスペースを必要とする不都合があり、また、貯湯槽からの放熱があり、熱エネルギーの損失があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、貯湯槽を設けることなく即湯性に対応できるととともに、エネルギー効率に優れる状態で給湯できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、平面的な設置スペースを小さくできるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、熱エネルギーの損失を一層少なくできるとともにエネルギー効率を良好に高くできるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明は、運転を良好かつ容易に行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明のハイブリッド型給湯装置は、上述のような目的を達成するために、
冷媒を循環流動する冷媒配管に、冷媒を圧縮して高温化する電動型の圧縮機と、前記圧縮機からの高温冷媒の熱を放熱して給水管内を流動する水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器からの冷媒を断熱膨張する膨張手段と、前記膨張手段からの冷媒を加熱する蒸発器とを、その順に設けて電気式ヒートポンプ給湯器を構成し、ガス加熱手段によって加熱する加熱部を設け、前記熱交換器の下流側で前記給水管を前記加熱部に伝熱可能に付設して構成する。
【０００７】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のハイブリッド型給湯装置の構成によれば、給湯に際して、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器を運転して湯を得ながら、運転の立ち上がり時など、その湯温が上昇するまでの間は、ガス加熱手段によって電気式ヒートポンプ給湯器の熱交換器を経た水を加熱し、即座に高温の湯を得て給湯することができる。また、電気式ヒートポンプ給湯器で高温の湯が得られるようになった時点で、ガス加熱手段を停止させることにより、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器の運転のみによって湯を得ることができる。
したがって、貯湯槽を設けなくても即湯性に対応でき、貯湯槽の設置スペースが不要になり、狭いスペースにも設置でき、極めて有用である。しかも、貯湯槽からの放熱ロスが無いうえに、ガス加熱手段と電気式ヒートポンプ給湯器の併用運転状態から電気式ヒートポンプ給湯器への単独運転状態に切り替えることができるから、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器の稼働率を高くでき、エネルギー効率に優れる状態で給湯できる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のハイブリッド型給湯装置において、
電気式ヒートポンプ給湯器の上部に、ガス加熱手段および加熱部を一体的に設けて構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のハイブリッド型給湯装置の構成によれば、ガス加熱手段および加熱部の平面的な設置スペースを電気式ヒートポンプ給湯器の平面的な設置スペースに重複させるから、平面的な設置スペースをより一層小さくでき、一層有用である。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載のハイブリッド型給湯装置において、
ガス加熱手段からの燃焼排ガスを蒸発器の加熱熱源に利用するように構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のハイブリッド型給湯装置の構成によれば、ガス加熱手段で発生する排熱を回収し、その排熱で蒸発器を加熱するから、排熱の回収のみならず、電気式ヒートポンプ給湯器で得る湯温の上昇を早めることができ、熱エネルギーの損失を一層少なくできるとともにエネルギー効率を良好に高くできる。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３のいずれかに記載のハイブリッド型給湯装置において、
出湯要求を感知して給湯信号を出力する出湯感知手段と、
熱交換器と加熱部間での給水管内を流れる水の温度を計測する水温センサと、
前記出湯感知手段からの給湯信号に応答して電気式ヒートポンプ給湯器を起動する給湯起動手段と、
前記水温センサによる計測水温と設定温度を比較して計測水温が設定温度以下のときに加熱信号を出力し、計測水温が設定温度を超えたときに非加熱信号を出力する比較手段と、
前記出湯感知手段から給湯信号が出力されている状態での前記比較手段からの加熱信号に応答してガス加熱手段を起動する起動手段と、
前記出湯感知手段から給湯信号が出力されている状態での前記比較手段からの非加熱信号に応答して前記ガス加熱手段を停止するガス加熱停止手段とを備えて構成する。
【００１３】
（作用・効果）
請求項４に係る発明のハイブリッド型給湯装置の構成によれば、給湯に際して、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器を運転して湯を得ながら、運転の立ち上がり時など、その湯温が上昇するまでの間のガス加熱手段の運転、ならびに、電気式ヒートポンプ給湯器で高温の湯が得られるようになった時点でのガス加熱手段の停止などの運転を、出湯感知手段からの給湯信号と、水温センサからの加熱信号および非加熱信号に基づいて自動的に行うことができる。
したがって、貯湯槽を設けないハイブリッド型給湯装置において、エネルギー効率に優れる状態で給湯できるようにするための運転を、良好かつ容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明のハイブリッド型給湯装置の構成によれば、給湯に際して、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器を運転して湯を得ながら、運転の立ち上がり時など、その湯温が上昇するまでの間は、ガス加熱手段によって電気式ヒートポンプ給湯器の熱交換器を経た水を加熱し、即座に高温の湯を得て給湯することができる。また、電気式ヒートポンプ給湯器で高温の湯が得られるようになった時点で、ガス加熱手段を停止させることにより、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器の運転のみによって湯を得ることができる。
したがって、貯湯槽を設けなくても即湯性に対応でき、貯湯槽の設置スペースが不要になり、狭いスペースにも設置でき、極めて有用である。しかも、貯湯槽からの放熱ロスが無いうえに、ガス加熱手段と電気式ヒートポンプ給湯器の併用運転状態から電気式ヒートポンプ給湯器への単独運転状態に切り替えることができるから、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器の稼働率を高くでき、エネルギー効率に優れる状態で給湯できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１の（ａ）は、本発明に係るハイブリッド型給湯装置の実施例１を示す全体概略構成図であり、フロンガスや炭酸ガスなどの冷媒を封入して循環流動する密閉系の冷媒配管１に、冷媒を圧縮して高温化するために電動モータ２によって駆動される圧縮機３と、圧縮機３からの高温冷媒の熱を放熱する熱交換器４と、熱交換器４からの冷媒を断熱膨張する膨張手段としての膨張弁５と、蒸発器６とがその順に介装され、電気式ヒートポンプ給湯器７が構成されている。膨張手段としては、膨張タービンなどを用いても良い。
【００１７】
熱交換器４に給水管８が導入され、圧縮機３からの高温冷媒が放熱する熱によって給水管８内を流動する水を加熱するように構成されている。
熱交換器４の下流側で、給水管８が、ガス式瞬間湯沸かし器９を構成する加熱部１０に伝熱可能に付設されている。
【００１８】
ガス式瞬間湯沸かし器９は、ケーシング１１内に、加熱部１０と、その加熱部１０の下部に設けられるガス加熱手段としてのガスバーナ１２とを設けて構成されている。
ケーシング１１の上部に、ガスバーナ１２からの燃焼排ガスを排出する排ガス配管１３が接続されるとともに排気ファン１４が付設されている。排ガス配管１３が蒸発器６に導入され、ガスバーナ１２の排熱を利用して蒸発器６内を流動する冷媒を加熱できるように構成されている。
【００１９】
加熱部１０よりも下流側で、給水管８に、その内部の水の流動を感知することで出湯要求を感知して給湯信号を出力する出湯感知手段としての出湯センサ１５が設けられている。出湯感知手段としては、例えば、給湯用のカランが開いたことを感知するように構成するものでも良い。
熱交換器４と加熱部１０との間で、給水管８に、その内部を流れる水の温度を計測する水温センサ１６が設けられている。
【００２０】
出湯センサ１５および水温センサ１６がコントローラ１７に接続され、そのコントローラ１７に、電気式ヒートポンプ給湯器７の圧縮機３、および、蒸発器６に付設の送風ファン６ａ、ならびに、ガス瞬間湯沸かし器９のガスバーナ１２および排気ファン１４それぞれ接続されている。
コントローラ１７には、図２の制御系を示すブロック図に示すように、給湯起動手段１８、比較手段１９、起動手段２０およびガス加熱停止手段２１が備えられている。
【００２１】
給湯起動手段１８では、出湯センサ１５からの給湯信号に応答して電気式ヒートポンプ給湯器７の圧縮機３および送風ファン６ａを起動するとともに、比較手段１９に比較開始信号を出力するようになっている。
比較手段１９では、給湯起動手段１８からの比較開始信号に応答して水温センサ１６による計測水温と設定温度を比較し、計測水温が設定温度以下のときに加熱信号を出力し、計測水温が設定温度を超えたときに非加熱信号を出力するようになっている。
【００２２】
起動手段２０では、比較手段１９での比較開始後の加熱信号、すなわち、出湯センサ１５から給湯信号が出力されている状態での比較手段１９からの加熱信号に応答してガス瞬間湯沸かし器９のガスバーナ１２および排気ファン１４を起動するようになっている。
ガス加熱停止手段２１では、比較手段１９での比較開始後の加熱信号、すなわち、出湯センサ１５から給湯信号が出力されている状態での比較手段１９からの非加熱信号に応答してガス瞬間湯沸かし器９のガスバーナ１２および排気ファン１４を停止するようになっている。
【００２３】
次に、上記コントローラ１７による制御動作につき、図３のフローチャートを用いて説明する。
先ず、出湯センサ１５から給湯信号が出力されているかどうか、すなわち、出湯かどうかを判断する（Ｓ１）。
出湯と判断したときには、圧縮機３および送風ファン６ａを起動（ＯＮ）するとともに〔（Ｓ２）および（Ｓ３）〕、比較開始信号を出力してから（Ｓ４）、ステップＳ５に移行する。一方、出湯で無いと判断したときには、ステップＳ６に移行して、圧縮機３および送風ファン６ａ、ならびに、ガスバーナ１２および排気ファン１４のすべてを停止（ＯＦＦ）する。停止状態にあるものはその停止状態を維持する。
【００２４】
ステップＳ５では、比較手段１９によって、水温センサ１６で計測される水温が設定温度ｔ以下かどうかを判断する。計測水温が設定温度以下であれば、加熱信号を出力し（Ｓ７）、ガスバーナ１２および排気ファン１４を起動（ＯＮ）してから〔（Ｓ８）および（Ｓ９）〕、ステップＳ１に戻る。
一方、計測水温が設定温度を超えていれば、非加熱信号を出力し（Ｓ１０）、ガスバーナ１２および排気ファン１４を停止（ＯＦＦ）してから〔（Ｓ１１）および（Ｓ１２）〕、ステップＳ１に戻る。
上述制御動作において、図示しないが、加熱部１０よりも下流側にも、最終的に給湯される湯の温度を計測する湯温センサが設けられ、その湯温センサと設定温度ｔとが比較され、計測湯温が設定温度を超えるに伴い、ガスバーナ１２の出力を調整し、給湯される湯の温度が設定温度に維持されるように構成されている。
【００２５】
上記構成により、給湯に際して、電気式ヒートポンプ給湯器７による加熱を行うが、その立ち上がりが遅くて設定温度の湯が得られていない場合には、ガス式瞬間湯沸し器９による加熱を行い、即座に設定温度の湯を供給できる。その後、電気式ヒートポンプ給湯器７による加熱で設定温度の湯が得られるようになるに伴い、ガス式瞬間湯沸し器９による加熱を停止し、成績係数が高い電気式ヒートポンプ給湯器７による加熱のみを行い、エネルギー効率の高い状態で給湯できる。
【実施例２】
【００２６】
図１の（ｂ）は、本発明に係るハイブリッド型給湯装置の実施例２を示す全体概略構成図であり、実施例１と異なるところは、次の通りである。
すなわち、電気式ヒートポンプ給湯器７の上部にガス式瞬間湯沸し器９が設置され、ガス式瞬間湯沸し器９の平面的な設置スペースを電気式ヒートポンプ給湯器７の平面的な設置スペースに重複させ、平面的な設置スペースをより一層小さくできるように構成されている。他の構成は実施例１と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。図示していないが、制御構成についても、同様である。
【００２７】
次に、上記実施例の構成による水温の経時的変化につき、図４のグラフを用いて説明する。
電気式ヒートポンプ給湯器７のみによる場合であれば、その水温Hの経時的変化は、立ち上がりが遅く、設定温度ｔ（例えば、６０℃）に到達するのに１５分程度要する。
これに対して、ガス式瞬間湯沸し器９では、立ち上がりが早く、その水温Gを短時間ｔ１（１５〜２０秒程度）で設定温度ｔに到達させることができる。また、図示しているように、設定温度ｔ以上の湯も得ることができる。実施例上では、設定温度ｔに維持されることになる。
【００２８】
また、上記実施例では、ガス式瞬間湯沸し器９からの排熱を利用して蒸発器６を加熱しているから、電気式ヒートポンプ給湯器７の能力が向上し、設定温度ｔに到達するのに要する時間を早めることができるとともに、その水温Jを設定温度ｔ以上まで上昇させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は、本発明に係るハイブリッド型給湯装置の実施例１を示す全体概略構成図、（ｂ）は、本発明に係るハイブリッド型給湯装置の実施例２を示す全体概略構成図である。
【図２】制御系を示すブロック図である。
【図３】コントローラによる制御動作の説明に供するフローチャートである。
【図４】水温の経時的変化を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１…冷媒配管
３…圧縮機
４…熱交換器
５…膨張弁（膨張手段）
６…蒸発器
７…電気式ヒートポンプ給湯器
８…給水管
１０…加熱部
１２…ガスバーナ（ガス加熱手段）
１５…出湯センサ（出湯感知手段）
１６…水温センサ
１８…給湯起動手段
１９…比較手段
２０…起動手段
２１…ガス加熱停止手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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