(57)【要約】【課題】ヒートポンプ回路と貯湯タンク回路を一つの筐体内に納めることができ、ヒートポンプ式温水装置を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、筐体を小型化できるヒートポンプ式温水装置を提供すること。【解決手段】本発明のヒートポンプ式温水装置は、貯湯タンク７を、筐体５０の一側方に配設し、不凍液循環手段４１とヒートポンプ回路とを、筐体５０の他側方に配設し、水冷媒熱交換器２を、圧縮機１よりも高い位置に配設したことを特徴とするものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不凍液を循環させる不凍液循環手段と、地中熱を前記不凍液で吸熱する地中熱熱交換器とを有する不凍液回路と、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒から吸熱して温水を生成する水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器で放熱した前記冷媒を減圧する減圧装置と、前記減圧装置で減圧された前記冷媒で前記不凍液から吸熱する不凍液冷媒熱交換器とを有するヒートポンプ回路と、
前記水冷媒熱交換器にて加熱した湯水を貯湯する貯湯タンクとを備え、
前記不凍液循環手段と、前記ヒートポンプ回路と、前記貯湯タンクとを一つの筐体に収納したヒートポンプ式温水装置であって、
前記貯湯タンクを、前記筐体の一側方に配設し、
前記不凍液循環手段と前記ヒートポンプ回路とを、前記筐体の他側方に配設し、
前記水冷媒熱交換器を、前記圧縮機よりも高い位置に配設したことを特徴とするヒートポンプ式温水装置。
【請求項２】
前記水冷媒熱交換器と前記不凍液冷媒熱交換器とを、前記圧縮機及び前記不凍液循環手段よりも高い位置に配設した特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温水装置。
【請求項３】
前記貯湯タンクに接続した密閉式の第１膨張タンクを備え、
前記第１膨張タンクを前記貯湯タンクよりも高い位置に配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ式温水装置。
【請求項４】
前記不凍液回路に接続した密閉式の第２膨張タンクを備え、
前記第２膨張タンクを前記不凍液冷媒熱交換器よりも高い位置に配置したことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式温水装置。
【請求項５】
前記第１膨張タンクを前記筐体の一側方に配設し、前記第２膨張タンクを前記筐体の他側方に配設したことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式温水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱を利用するヒートポンプ回路を用いて生成した温水で暖房を行うヒートポンプ式温水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では石油やガスなどの燃焼系の燃料を熱源とした暖房機器の利用が大半を占めていたが、近年ではヒートポンプ技術を利用した暖房市場が急激に拡大している。そして、従来の空気調和機においてもヒートポンプ技術を利用して、冷房と暖房の双方を利用することができるものもある。
しかしながら、従来の空気調和機だけでは、暖房時に足元が暖まりにくい等の課題があり、それを解消するためにヒートポンプ技術を利用した温水装置が開発されている（特許文献１）。
特許文献１に記載の温水装置では、高温冷媒と温水とを熱交換して、熱交換して昇温した温水を床暖房パネル等の暖房端末へ送り、暖房を行っている。
一方、地中熱を利用するヒートポンプ式給湯機が既に提案されている（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３９３０５号公報
【特許文献２】特開２００７−６４５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のヒートポンプ式温水装置では、給湯熱交換器が貯湯タンク内の上下にわたって設けられており、暖房端末へ送る温水を使用して給湯熱交換器で給湯用の温水を生成しているので、貯湯タンク内の温水全体の温度が低下してしまい、その結果、暖房端末へ送る温水の温度が低下するので、暖房端末での快適性が損なわれてしまう。
一方、地中熱を利用するヒートポンプ式給湯器は、一般的に欧州等では屋内に配置され、製品の奥行き寸法が６００ｍｍ以下であると設置性が良いが、特許文献２では、ヒートポンプサイクルを収納した給湯器本体ユニットと、貯湯タンクを収納したタンクユニットとが別々となっており、設置面積が大きくなってしまうという課題を有している。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒートポンプ回路と貯湯タンク回路を一つの筐体内に納めることができ、ヒートポンプ式温水装置を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、筐体を小型化できるヒートポンプ式温水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式温水装置は、貯湯タンクを、筐体の一側方に配設し、不凍液循環手段とヒートポンプ回路とを、筐体の他側方に配設し、水冷媒熱交換器を、圧縮機よりも高い位置に配設したものである。本発明は、重量かつ振動の大きい圧縮機を底板に配設し、水冷媒熱交換器をその上方に配置させることで、ヒートポンプ式温水装置を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、筐体を小型化できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、ヒートポンプ回路と貯湯タンク回路を一つの筐体内に納めることができ、ヒートポンプ式温水装置を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、筐体を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態におけるヒートポンプ式温水装置の構成図
【図２】同実施の形態における筐体の前面からみた内部の要部概略構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の発明のヒートポンプ式温水装置は、貯湯タンクを、筐体の一側方に配設し、不凍液循環手段とヒートポンプ回路とを、筐体の他側方に配設し、水冷媒熱交換器を、圧縮機よりも高い位置に配設したものである。本発明によれば、重量かつ振動の大きい圧縮機を底板に配設し、水冷媒熱交換器をその上方に配置させることで、ヒートポンプ式温水装置を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、筐体を小型化できる。
【００１０】
第２の発明のヒートポンプ式温水装置は、特に第１の発明において、水冷媒熱交換器と不凍液冷媒熱交換器とを、圧縮機及び不凍液循環手段よりも高い位置に配設したものである。本発明によれば、重量かつ振動の大きい圧縮機及び不凍液循環手段を底板に配設し、水冷媒熱交換器及び不凍液冷媒熱交換器をその上方に配置させることで、製品を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、本体を小型化できる。
【００１１】
第３の発明のヒートポンプ式温水装置は、特に第１又は第２の発明において、貯湯タンクに接続した密閉式の第１膨張タンクを備え、第１膨張タンクを貯湯タンクよりも高い位置に配設したものである。本発明によれば、水冷媒熱交換器と貯湯タンクとを循環させる沸き上げ回路内水量に対する第１膨張タンクでの適応可能水量を多くすることができる。
【００１２】
第４の発明のヒートポンプ式温水装置は、特に第３の発明において、不凍液回路に接続した密閉式の第２膨張タンクを備え、第２膨張タンクを不凍液冷媒熱交換器よりも高い位置に配置したものである。本発明によれば、不凍液回路内の不凍液量に対する第２膨張タンクでの適応可能不凍液量を多くすることができる。
【００１３】
第５の発明のヒートポンプ式温水装置は、特に第４の発明において、第１膨張タンクを筐体の一側方に配設し、第２膨張タンクを筐体の他側方に配設したものである。本発明によれば、筐体内の機能部品の配置バランスを良くし、本体を小型化できる。
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はない。
【００１４】
まず、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプ式温水装置の構成図である。本実施の形態のヒートポンプ式温水装置は、ヒートポンプ回路と、貯湯タンク回路と、不凍液回路とで構成され、ヒートポンプ回路と、貯湯タンク回路の内の沸き上げ回路と、不凍液回路を構成する不凍液循環手段（ポンプ）４１とを一つの筐体５０に収納して屋外に設置する。
ヒートポンプ回路は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された冷媒から吸熱して温水を生成する水冷媒熱交換器２と、水冷媒熱交換器２で放熱した冷媒を減圧する減圧装置３と、減圧装置で減圧された冷媒で不凍液から吸熱する不凍液冷媒熱交換器４と、冷媒の流路を変更する四方弁５とを備えている。そして、圧縮機１、水冷媒熱交換器２、減圧装置３、不凍液冷媒熱交換器４、四方弁５を冷媒配管６で環状に接続してヒートポンプサイクルを構成している。なお、水冷媒熱交換器２及び不凍液冷媒熱交換器４には、高効率のプレート式熱交換器を用いる。ヒートポンプサイクルには、冷媒としてＲ４１０Ａを用いるが、Ｒ４０７Ｃのフロン系冷媒がより適している。
【００１５】
不凍液回路は、不凍液を循環させる不凍液循環手段４１と、地中熱を不凍液で吸熱する地中熱熱交換器４２とを有している。また、不凍液回路には、密閉式の第２膨張タンク４４を接続している。第２膨張タンク４４は、ダイアフラムによって内部が不凍液室と空気室に分離されており、ダイアフラムによって不凍液室と空気室の容積が変更されるものである。従って、第２膨張タンク４４は、不凍液回路内の不凍液の膨張を吸収することができる。第２膨張タンク４４は、不凍液冷媒熱交換器４の上部に接続することが好ましい。
【００１６】
一方、貯湯タンク回路には、湯水を貯える貯湯タンク７を有している。貯湯タンク７の内部には、貯湯タンク７の高さ方向の略中間部に仕切り板８が配置されている。貯湯タンク７の内部は、仕切り板８よりも上空間が給湯用温水部７ａになり、仕切り板８よりも下空間が暖房用温水部７ｂとなる。このように貯湯タンク７の内部を上空間と下空間に分割することによって、給湯用温水部７ａ内の温水は給湯時の熱交換のために使用することができ、暖房用温水部７ｂ内の温水は暖房時に暖房端末へ循環させるために使用することができる。
【００１７】
さらに、貯湯タンク７の下方部には水出口１０を設けている。水出口１０から水冷媒熱交換器２へ低温水を送るための水配管には水循環手段（ポンプ）９を備えている。そして水循環手段９を駆動することによって、水出口１０から低温水を水冷媒熱交換器２へ送り、水冷媒熱交換器２で冷媒から吸熱して温水が生成される。
また、水冷媒熱交換器２で生成された温水は、暖房用温水部７ｂの上部に設けている湯入口１１へ戻される。このように、本実施の形態では、貯湯タンク７、水出口１０、水循環手段９、水冷媒熱交換器２、湯入口１１を水配管で接続して沸き上げ回路を構成している。なお、水循環手段９には循環流量が一定のＡＣポンプが用いられている。
【００１８】
なお、仕切り板８には複数の開口部を設けており、ヒートポンプサイクルで加熱された温水が暖房用温水部７ｂへ戻ってきたときに、開口部を通って給湯用温水部７ａへ温水が流入する。
また、仕切り板８の周囲と貯湯タンク７の内壁とは複数箇所の溶接ポイントで溶接されており、溶接箇所以外の仕切り板８の周囲と貯湯タンク７との間には隙間を設けている。そして、湯入口１１から戻された温水は、仕切り板８の周囲と貯湯タンク７との間に設けた隙間を通って、給湯用温水部７ａへ温水が流入する。
【００１９】
また、貯湯タンク７および仕切り板８には耐食性の観点からステンレスを用いる。
また、水冷媒熱交換器２の水側入口には入水温度を検出する温度センサ１２ａと、水冷媒熱交換器２の水側出口には出湯温度を検出する温度センサ１２ｂとを設けている。また、沸き上げ回路内に湯水が流れていることを検出するためのフロースイッチ１３を設けている。
水冷媒熱交換器２の前後配管には、水循環手段９、フロースイッチ１３、及び過圧逃し弁１４を設けている。フロースイッチ１３は湯水の流れを検知する。水循環手段９よりも下流にフロースイッチ１３を配置している。このように水循環手段９よりもフロースイッチ１３を下流に配置することで、水循環手段９が正常に動作していないことを検出することができる。
【００２０】
また、沸き上げ回路内の圧力調整を行う過圧逃し弁１４が水循環手段９よりも上方に設けられており、沸き上げ回路内に異常が発生して内圧が上昇し、過圧逃し弁１４の設定圧力よりも高くなると、過圧逃し弁１４から膨張した湯水を排水することができる。
また、給湯用温水部７ａには、上部ヒータ１５ａが配置され、暖房用温水部７ｂには下部ヒータ１５ｂが配置されている。上部ヒータ１５ａは給湯用温水部７ａ内の温水を加熱するために使用され、下部ヒータ１５ｂは暖房用温水部７ｂ内の温水を加熱するために使用される。
さらに、貯湯タンク７の側壁には温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが配置されており、貯湯タンク７内の湯水の温度を検出している。温度センサ１６ａは上部ヒータ１５ａよりも上方に配置され、温度センサ１６ｂは上部ヒータ１５ａと略同じ高さに配置されている。また、温度センサ１６ｃは仕切り板８よりも下方で、かつ、下部ヒータ１５ｂよりも上方に配置され、温度センサ１６ｄは下部ヒータ１５ｂと略同じ高さに配置されている。
【００２１】
また、貯湯タンク回路には、給湯端末１７へ送る温水を生成する給湯熱交換器１８を設けている。そして給湯熱交換器１８の１次側の流路には貯湯タンク７内の高温水が送られ、給湯熱交換器１８の２次側の流路には給水源から低温水が送られる。
また、給湯熱交換器１８へ貯湯タンク７内の高温水を送るための水配管には給湯ポンプ１９が設けられている。貯湯タンク７には、給湯用温水部７ａの上部に出湯口２０が設けられ、暖房用温水部７ｂの下部に入水口２１が設けられている。そして給湯ポンプ１９を駆動することによって、出湯口２０から高温水を給湯熱交換器１８の１次側の流路へ送る。
そして給湯熱交換器１８で熱交換した後の温水は、入水口２１から貯湯タンク７へ戻される。このように、本実施の形態では、貯湯タンク７、出湯口２０、給湯熱交換器１８、給湯ポンプ１９、入水口２１を水配管で接続して給湯回路を構成している。なお、給湯ポンプ１９には循環流量が一定であるＡＣポンプが用いられている。
【００２２】
また、給湯ポンプ１９と入水口２１との間の水配管には、沸き上げ回路内の湯水の循環流量を調整する流量調節弁２２と、逆止弁２３が設けられている。逆止弁２３は給湯回路内の湯水の対流を防止するために備えられている。これは、給湯ポンプ１９を駆動していないときに、貯湯タンク７の上部にある高温水が給湯熱交換器１８を通って、貯湯タンク７の下部へ入水することを防ぐためである。また、貯湯タンク７の下部へ高温水が流入すると、水冷媒熱交換器２へ送られる温水の温度が高くなってしまい、沸き上げ効率が落ちるためである。
本実施の形態では、逆止弁２３を設けることによって、ある所定の荷重以上の流量になったときだけ給湯回路内に湯水が順方向に循環するようにしている。本実施の形態では、逆止弁２３の順方向に対して２０ｇの荷重が掛かったときのみ、順方向に湯水が流れる。なお、荷重の値は２０ｇに限定されるものではない。
【００２３】
また、給湯回路内の圧力調整を行う過圧逃し弁２４が出湯口２０から給湯熱交換器１８までの水配管に設けられており、給湯回路内の圧力が過圧逃し弁２４の設定圧力よりも高くなると、過圧逃し弁２４から湯水を排水する。また、貯湯タンク７の下部には排水栓２５が設けられており、貯湯タンク７内の湯水を外部に排水することができる。
また、給水源より伸びている水道管は、取入接続口５１によって給水管２６に接続される。給水管２６は、三方弁２７を介して、貯湯タンク７の底部および給湯熱交換器１８の２次側流路へと接続される。
そして、貯湯タンク回路を設置する際に、三方弁２７を貯湯タンク７と接続される流路に切り替えて水張りを行い、貯湯タンク７が満水になった後は、三方弁２７を給湯熱交換器１８と接続される流路に切り替えておく。このように、貯湯タンク７へ入水したあとは、三方弁２７を給湯熱交換器１８へ接続される流路に切り替えておくことで、貯湯タンク７を含む水回路は閉回路となるので、新鮮な水は入ってくることなく、ミネラル分を多く含む硬水の地域であっても、スケールの析出は最初に貯湯タンク７へ入れた水量分のみに抑えることができる。
【００２４】
また、三方弁２７と給湯熱交換器１８との間の水配管には過圧逃し弁２９が設けられている。これは給湯熱交換器１８へは給水源から直接給水圧が掛かることになるので、給水圧が高い場合、給水源から給湯熱交換器１８へ直接入水すると、給湯熱交換器１８を破壊して故障させてしまう可能性がある。そのため、過圧逃し弁２９を設けることによって、ある給水圧以上の湯水が入水した場合に、過圧逃し弁２９を通して外部へ排水させ、給湯熱交換器１８の故障を未然に防ぐことができる。
そして給水源から供給された低温水が給湯熱交換器１８で昇温すると、給湯管３０を通って給湯端末１７に供給される。給湯端末１７は、取出接続口５２によって給湯管３０に接続される。給湯管３０には、湯水の温度を検出する給湯温度検出手段である温度センサ３１および予備温度センサ３２、および流量を検出するための流量検出手段である流量センサ３３を備えている。
【００２５】
また、居室内を暖房する暖房端末３４を備えており、暖房端末３４の内部を貯湯タンク７内の温水を循環させて居室内を暖房することができる。暖房端末３４は、温水流出口５３と温水流入口５４とによって給湯タンク７と接続される。暖房ポンプ３５は、貯湯タンク７の暖房用温水部７ｂから温水流出口５３を経由して暖房端末３４に温水を送り、暖房端末３４から温水流入口５４を経由して貯湯タンク７の暖房用温水部７ｂに戻される。なお、暖房端末３４へ送られる温水は、湯入口１１の近傍に設けられた温水取り出し口３６から取り出され、暖房端末３４へ暖房用温水部７ｂの温水が供給される。そして暖房端末３４で熱交換した後の温水は貯湯タンク７の底部へ戻される。なお、暖房ポンプ３５には、循環流量が一定のＡＣポンプが用いられている。
貯湯タンク７には、密閉式の第１膨張タンク３７が接続される。第１膨張タンク３７は、ダイアフラムによって内部が水室と空気室に分離されており、ダイアフラムによって水室と空気室の容積が変更されるものである。従って、第１膨張タンク３７は、貯湯タンク回路を構成する循環経路内の水の膨張を吸収することができる。第１膨張タンク３７は、暖房ポンプ３５から温水流出口５３までの配管、又は温水流入口５４から貯湯タンク７までの配管に接続してもよいが、貯湯タンク７の上部に接続することが好ましい。
【００２６】
以下、ヒートポンプ式温水装置の動作について説明する。
まず、沸き上げ運転について説明する。まず、水冷媒熱交換器２における湯水の沸き上げ温度Ｔｈを設定する。そして沸き上げ運転が開始されると、水循環手段９が駆動し貯湯タンク７内の温水が水冷媒熱交換器２へ供給される。そして、温度センサ１２ｂで検出される温度が沸き上げ温度Ｔｈを超えるまでヒートポンプ回路による沸き上げ運転が継続される。なお、貯湯タンク７内の温水をヒートポンプ回路で沸き上げる時には、圧縮機１から吐出する高温冷媒が水冷媒熱交換器２へ流入する流路となるように四方弁５が切り替わっている。
その結果、圧縮機１から吐出される高温冷媒が水冷媒熱交換器２へ流入し、湯水へと放熱することによって高温水を生成することができる。なお、水冷媒熱交換器２内では、水と冷媒とは対向流にして熱交換効率を向上させている。
そして、温度センサ１２ｂで検出する水冷媒熱交換器２から出湯する湯水の温度が、沸き上げ温度Ｔｈに近づいてくると、圧縮機１の回転数を小さくして能力を下げる。そして温度センサ１２ｂで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｈよりも所定温度Ｔａ（例えば、２℃）だけ高くなると、圧縮機１の運転を停止して沸き上げ運転を終了する。そして、貯湯タンク７へは沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされることになる。
なお、水冷媒熱交換器２で生成された高温水は、暖房用温水部７ｂへ戻されるが、仕切り板８の周囲と貯湯タンク７との間にできた隙間を通って、給湯用温水部７ａも沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされる。このとき、圧縮機１の運転を停止した時に温度センサ１２ａで検出した入水温度Ｔｉを記憶しておく。
【００２７】
また、ヒートポンプ回路による沸き上げ運転が終了した後も、水循環手段９を駆動させて貯湯タンク７内の温水を水冷媒熱交換器２へ循環させている。これは沸き上げ運転停止中であっても、温度センサ１２ａおよび温度センサ１２ｂで貯湯タンク７内の温水の温度を検出しておく必要があり、貯湯タンク７内の温水の温度が低下するとすぐにヒートポンプ回路による沸き上げ運転を再開しなければならないからである。
そして、給湯運転停止中も水循環手段９を駆動して、温度センサ１２ａで貯湯タンク７内の温水を常時検出しており、温度センサ１２ｂで検出する温度が、圧縮機１の運転を停止した時に記憶した入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）だけ小さくなった時に圧縮機１の運転を再開し、沸き上げ運転を開始する。
例えば、沸き上げ温度Ｔｈに５５℃を設定すると、温度センサ１２ｂで検出する温度が５７℃（＝５５℃＋２℃）を超えたときに圧縮機１の運転を停止する。そして、圧縮機１の運転を停止した時の温度センサ１２ａの温度が５３℃であったとすると、入水温度Ｔｉが５３℃であると記憶する。そして、圧縮機１の運転が停止後も水循環手段９の駆動を行い、温度センサ１２ｂが検出する温度が入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）だけ小さくなったときに圧縮機１の運転を再開する。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔａ、Ｔｂは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００２８】
また、貯湯タンク回路では、上部ヒータ１５ａの沸き上げ温度Ｔｕ、下部ヒータ１５ｂの沸き上げ温度Ｔｂｏ、給湯端末１７への給湯温度Ｔｋを設定することができる。
そして、本実施の形態では上部ヒータ１５ａの沸き上げ温度Ｔｕを、沸き上げ温度Ｔｈよりも高い温度に設定しておくことで、給湯用温水部７ａ内の温水を沸き上げ温度Ｔｕまで沸き上げることができる。例えば、沸き上げ温度Ｔｈを５５℃に設定し、沸き上げ温度Ｔｕを７５℃に設定すると、水冷媒熱交換器２で沸き上げ温度Ｔｈ（５５℃）まで沸き上げ、さらに上部ヒータ１５ａで７５℃まで沸き上げ運転を行う。
このように、仕切り板８の上空間と下空間とで異なる沸き上げ温度を設定することができるので、それぞれの端末に合わせて最適な温度に沸き上げることができ、使用性を向上させることができる。
【００２９】
次に、上部ヒータ１５ａでの沸き上げ運転について説明する。上部ヒータ１５ａの運転を開始するときは、上部ヒータ１５ａよりも高い位置に設けられた温度センサ１６ａで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｕよりも所定温度Ｔｃ（例えば、５℃）だけ低い温度を検出した時に上部ヒータ１５ａの出力をＯＮする。そして上部ヒータ１５ａによって給湯用温水部７ａ内の温水を温め、上部ヒータ１５ａと同じ位置に設けられた温度センサ１６ｂで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｕよりも所定温度Ｔｄ（例えば、２℃）だけ高い温度を検出した時に上部ヒータ１５ａの出力をＯＦＦしている。
このように上部ヒータ１５ａがＯＮするときに判断する温度センサ１６ａと、上部ヒータ１５ａがＯＦＦするときに判断する温度センサ１６ｂを異ならせることによって、頻繁に上部ヒータ１５ａのＯＮ・ＯＦＦが切り替えられることがないようにし、上部ヒータ１５ａの耐久性を向上させている。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔｃ、Ｔｄは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００３０】
次に、下部ヒータ１５ｂでの沸き上げ運転について説明する。下部ヒータ１５ｂはヒートポンプユニットＡによる沸き上げ運転が出来ないときにＯＮさせることによって、暖房用温水部７ｂ内の温水の温度低下を防止することができる。
例えば、暖房運転を継続すると不凍液冷媒熱交換器４に着霜してしまい、除霜運転を行わなければならない。その時には、四方弁５で冷媒流路を切り替えることによって、圧縮機１から吐出した高温冷媒を不凍液冷媒熱交換器４へ流入させ、冷媒の温度で除霜を行う。
しかしながら、除霜運転時には水冷媒熱交換器２で冷媒を放熱させることはできないため、水冷媒熱交換器２での温水生成ができなくなってしまう。その結果、暖房用温水部７ｂ内の温水が低下してしまい、暖房端末３４へ供給する湯水の温度を下げてしまう。それを防止するために、下部ヒータ１５ｂをＯＮさせることによって暖房用温水部７ｂ内の温水の低下を防ぎ、暖房端末３４での快適性を維持させることができる。なお、除霜運転だけではなく、ヒートポンプユニットＡが故障したときであっても、下部ヒータ１５ｂによって暖房用温水部７ｂ内の湯水を加熱することができる。
【００３１】
本実施の形態では、温度センサ１６ｄで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｂｏよりも所定温度Ｔｅ（例えば、１０℃）だけ低いことを検出した場合に限って、下部ヒータ１５ｂがＯＮするように制御されている。
その結果、沸き上げ温度Ｔｂｏ＝沸き上げ温度Ｔｈと設定されている場合は、暖房用温水部７ｂにはヒートポンプ回路によって沸き上げ温度Ｔｈまで沸き上げられることになり、温度センサ１６ｄが検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｂｏよりも所定温度Ｔｅだけ低いことを検出しない限り、下部ヒータ１５ｂがＯＮすることはない。
また、不凍液冷媒熱交換器４の除霜運転時や、ヒートポンプ回路の能力が出ない時において、温度センサ１６ｄで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｂｏよりも所定温度Ｔｅだけ低いことを検出した時に限って下部ヒータ１５ｂをＯＮすることができ、非常に効率の良い、沸き上げ運転を行うことができる。
また、下部ヒータ１５ｂによる沸き上げ運転が行われた場合において、下部ヒータ１５ｂを停止する場合には、温度センサ１６ｄで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｂｏよりも所定温度Ｔｆ（例えば、２℃）だけ高いことを検出すると下部ヒータ１５ｂがＯＦＦするように沸き上げ運転が行われる。
【００３２】
以上のように、ヒートポンプ回路による沸き上げ運転と、下部ヒータ１５ｂによる沸き上げ運転とを併用することで、不凍液冷媒熱交換器４の除霜運転等によりヒートポンプユニットＡによる沸き上げ運転が行われない状態であっても、暖房用温水部７ｂ内の温水は沸き上げ温度Ｔｂｏの状態に維持され、暖房端末３４へ安定的に温水を送ることができ、快適性を損なうことがない。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔｅ、Ｔｆは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００３３】
次に、暖房運転について説明する。暖房運転を開始すると、暖房ポンプ３５が駆動し、暖房用温水部７ｂ内の温水が暖房端末３４へ供給される。そして暖房端末３４で放熱した温水は貯湯タンク７の下方部へ戻される。このとき、暖房ポンプ３５にはＡＣポンプを使用しているので、暖房運転時には一定流量の湯水を循環させているだけである。
【００３４】
次に、給湯運転について説明する。給湯設定温度Ｔｋを設定する。そして、給湯端末１７から湯水が出湯し、流量センサ３３で所定の流量以上になったことを検知すると、給湯ポンプ１９が駆動し、給湯用温水部７ａにある高温水を給湯熱交換器１８へ送る。
そして、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１と、給湯設定温度Ｔｋとの温度偏差に応じて流量調整弁２２の開度を調節し、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１が給湯設定温度Ｔｋとなるようにフィードバック制御される。そして、給湯熱交換器１８で放熱した後の温水は暖房用温水部７ｂの下方部へ戻される。
一方、暖房用温水部７ｂ内では上部ほど温度が高い温度層ができているため、給湯熱交換器１８で放熱したあとの温水が暖房用温水部７ｂの下方部へ戻されても、暖房端末３４へ送る温水の温度へは影響が少ない。
このように、給湯熱交換器１８へ送る温水は給湯用温水部７ａ内の高温水を使用し、暖房端末３４へ送る温水は暖房用温水部７ｂ内の高温水を使用するため、暖房端末３４へ送る温水が受ける給湯運転の影響を抑制することができる。
また、流量センサ３３で湯水の流れを検出していない場合に、温度センサ３１で検出される温水温度Ｔ１が、給湯異常温度Ｔｊ（例えば、６５℃）以上を検出すると、異常が発生していると判断し、給湯ポンプ１９の駆動を停止するとともに流量調整弁２２の開度を全閉にして、確実に貯湯タンク７内の高温水を給湯熱交換器１８へ送ることを防止している。これによって、無駄に貯湯タンク７内の高温水の使用を防ぎ、貯湯タンク７内の湯切れを防止することができる。なお、本実施の形態に示した給湯異常温度Ｔｊは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００３５】
また、本実施の形態のヒートポンプ式温水装置は、予備温度センサ３２を設けている。これによって給湯端末１７から高温水を出湯させることがないようにしている。次に、給湯運転時における予備温度センサ３２による異常検出について説明する。
まず、給湯運転を行っている最中は、予備温度センサ３２において給湯端末１７へ供給される温水の温度を検出しておき、温度センサ３１で検出される温度Ｔ１と予備温度センサ３２で検出される温度Ｔ２との温度偏差を検出している。
そして温度Ｔ１よりも温度Ｔ２が所定温度Ｔｇ（例えば、８℃）だけ高いことを検出すると、温度センサ３１が誤動作している可能性があり、給湯端末１７へ高温水を出湯させてしまう可能性があるので、給湯ポンプ１９の駆動を停止し、さらに流量調整弁２２の開度を全閉とする。その結果、給湯端末１７から高温水が出湯されることはなく、安全性を確保することができる。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔｇは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００３６】
次に、給湯運転時における流量調整弁２２の制御について説明する。
まず、給湯端末１７から湯水が出湯すると、流量センサ３３で所定の流量以上になったことを検知する。そして、流量センサ３３で所定の流量以上になったことを検知すると、給湯ポンプ１９の駆動を開始させる。
そして、給湯ポンプ１９の駆動を開始してから、所定時間α（例えば、８秒）が経過した後に流量調整弁２２の駆動を開始し、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１が、給湯設定温度Ｔｋとなるように流量調整弁２２の開度が調整される。なお、所定時間αは、流量調整弁２２の開度は所定の開度に保持されている。
このように、流量調整弁２２の駆動を開始するタイミングを給湯ポンプ１９の駆動を開始してから所定時間αだけ遅らせることによって、給湯端末１７へ供給される湯水の温度がハンチングするのを防ぐことができる。
これは、前回給湯運転が終了してから給湯運転が長時間行われなければ、給湯熱交換器１８が冷えてしまうので、給湯運転を開始してから給湯熱交換器１８の温度が安定するまでは、貯湯タンク７から給湯熱交換器１８へ送る温水の流量を一定にすることで、給湯端末１７へ供給される湯水の温度のハンチングを防止している。
【００３７】
次に、給湯運転中の流量調整弁２２の開度について説明する。通常の給湯運転における流量調整弁２２の制御は、温度センサ３１で検出される温度Ｔ１に基づいて行われる。給湯設定温度Ｔｋを設定することで、温度センサ３１で検出される温度が、給湯設定温度Ｔｋとなるように流量調整弁２２の開度が調節される。
しかしながら、給湯端末１７を操作することによって、給水源から給湯熱交換器１８へ送られる湯水の流量が変化すると、貯湯タンク７から給湯熱交換器１８へ送られている高温水と、給水源から給湯熱交換器１８へ送られている低温水のバランスが崩れてしまい、給湯端末１７へ供給する湯水の温度がハンチングしてしまう。
そこで、本実施の形態では、流量センサ３３で検出する湯水の流量変化に応じて流量調整弁２２の開度を決定している。
【００３８】
まず、給湯端末１７から湯水が出湯すると、温度センサ３１で検出される温度Ｔ１が給湯設定温度Ｔｋとなるように流量調整弁２２の開度が調整される。そして、給湯端末１７が操作されて流量センサ３３で検出している流量に変化があると、給湯熱交換器１８での熱バランスが崩れてしまう。
そのため、給湯端末１７へ供給される湯水の流量が変化してから、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１に変化が現れるまでに数秒を要してしまい、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１に基づいて流量調整弁２２の開度を制御すると、給湯端末１７へ供給される湯水の温度が上下にハンチングしてしまう。
そこで、本実施の形態では、所定時間Ｌａ前の流量Ｑａを常に記憶しておき、現在流量Ｑｏと所定時間Ｌａ前の流量Ｑａとを比較する。そして、流量を比較した結果、流量Ｑｄ以上の増加があった場合には、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１がどのような温度であっても、流量調整弁２２の開度を目標開度Ｐｔまで駆動する。
また、目標開度Ｐｔは、現在流量Ｑｏと所定時間Ｌａ前の流量Ｑａと流量調整弁２２の現在開度Ｐｎに応じて決定される。このとき、現在流量Ｑｏが所定時間Ｌａ前の流量Ｑａよりも大きく増加したということは、給湯端末１７へ供給される湯水の量が増加するということなので、貯湯タンク７から給湯熱交換器１８へ更に高温水を供給する必要があるので、目標開度Ｐｔは現在開度Ｐｎよりも開く方向に動く。
【００３９】
次に、現在流量Ｑｏと所定時間Ｌａ前の流量Ｑａとを比較して、流量Ｑｄ以上の減少があった場合には、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１がどのような温度であっても、流量調整弁２２の開度を目標開度Ｐｔまで駆動する。
また、目標開度Ｐｔは、現在流量Ｑｏと所定時間Ｌａ前の流量Ｑａと流量調整弁２２の現在開度Ｐｎに応じて決定される。このとき、現在流量Ｑｏが所定時間Ｌａ前の流量Ｑａよりも大きく減少したということは、給湯端末１７へ供給される湯水の量が減少するということなので、貯湯タンク７から給湯熱交換器１８へ供給される高温水を絞る必要があるので、目標開度Ｐｔは現在開度Ｐｎよりも閉じる方向に動く。
以上のように、給湯端末１７へ供給される湯水の流量が大きく変化した時には、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１がどのような温度であっても、流量調整弁２２の開度を目標開度Ｐｔに駆動させることで、給湯端末１７へ供給する湯水の温度がハンチングすることを抑制することができる。
【００４０】
さらに、現在開度Ｐｎから目標開度Ｐｔへと変化させても、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１が大きくオーバーシュートしてしまう場合がある。そこで、本実施の形態では、温度センサ３１で検出する温度Ｔ１が給湯設定温度Ｔｋよりも所定温度Ｔｙ（例えば、３℃）以上高い場合は、さらに流量調整弁２２の開度を所定開度Ｄだけ絞っている。
さらに、所定開度Ｄは、流量センサ３３で検出する現在流量Ｑｏが大流量の時と、小流量の時で異ならせている。つまり、現在流量Ｑｏが所定流量Ｑｂ（例えば、５Ｌ／ｍｉｎ）よりも大きいかどうかを判断し、現在流量Ｑｏが所定流量Ｑｂよりも大きい場合には、さらに流量調整弁２２の開度を所定開度Ｄａだけ下げ、現在流量Ｑｏが所定流量Ｑｂよりも小さい場合には、さらに流量調整弁２２の開度を所定開度Ｄｂだけ下げる。このとき、所定開度Ｄａ＞所定開度Ｄｂという関係を有している。
【００４１】
流量調整弁２２の開度が小さい時の流量の変化量と、流量調整弁２２の開度が大きい時の流量の変化量では異なる。例えば、大流量である開度ＰａのポイントＭａから流量Ｑｘだけ下げようとすると、開度ＰｂであるポイントＭｂまで下げる必要があるが、小流量である開度ＰｃのポイントＭｃから流量Ｑｘだけ下げようとすると、開度ＰｄであるポイントＭｄまで下げるだけでよい。つまり、大流量ほど大きく開度を絞らないと流量が落ちないということが分かる。そこで、本実施の形態では所定開度Ｄａ＞所定開度Ｄｂとして、現在流量Ｑｏが大流量ほど大きく開度を絞っている。
また、流量調整弁２２の特性としては開度が小さいほど、流量変化が大きくなるという特性を持っているので、流量調整弁２２の開度を所定開度Ｄａ下げる時の駆動速度の方が、流量調整弁２２の開度を所定開度Ｄｂ下げる時の駆動速度よりも速くなるように制御する。
以上のように、現在流量Ｑｏが所定流量Ｑｂよりも大きい流量にあるのか、小さい流量にあるのかによって、流量調整弁２２の変化開度を所定開度Ｄａと所定開度Ｄｂの２種類に分けて制御し、さらに流量調整弁２２の駆動速度を現在流量Ｑｏが大流量の時と小流量の時で分けて制御することで、流量調整弁２２の特性に応じた制御を行うことができ、さらにオーバーシュートの時間をより短縮することができる。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔｙ、所定流量Ｑｂ、所定開度Ｄａ、Ｄｂは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００４２】
次に、給湯運転を停止している時の流量調整弁２２の開度について説明する。まず、給湯運転終了後の所定時間β（例えば、１０分）以内であれば、給湯熱交換器１８は熱を保有しているので、流量調整弁２２の開度は給湯運転終了時の開度を保持して、再度給湯端末１７から湯水が出湯するときには、前回の給湯運転時と同じ温度で給湯端末１７へ湯水が供給される。
しかしながら、給湯運転終了後の所定時間β以降は、給湯熱交換器１８の温度が下がったり、貯湯タンク７内の温水が沸き上げられている可能性があるため、次回給湯端末１７から湯水を出湯させたときに給湯熱交換器１８から出湯する湯水の温度がハンチングしてしまい、高温の湯水が給湯端末１７へ供給される可能性がある。
【００４３】
給湯運転終了後の流量調整弁２２の開度について説明する。
まず、給湯運転終了後の所定時間β以降は、給湯運転終了時の流量調整弁２２の開度が所定開度Ｋａよりも大きいかどうかを判断する。そして、流量調整弁２２の開度が所定開度Ｋａよりも大きければ、次回給湯運転時に給湯端末へ高温水を送ってしまう可能性があるので、流量調整弁２２の開度を所定開度Ｋａとなるまで駆動する。
そして流量調整弁２２の開度を所定開度Ｋａまで駆動する時には、一旦、流量調整弁２２を全閉にして原点位置を確認した後、所定開度Ｋａまで駆動するようにしている。このように原点位置を確認することによって、正確な開度で流量調整弁２２を保持することができ、次回給湯運転時に給湯端末１７へ高温水が出湯することを防ぐ。  また、給湯運転終了時の流量調整弁２２の開度が所定開度Ｋａよりも小さければ、次回給湯運転時に給湯端末へ高温水を送ってしまう可能性がないため、流量調整弁２２の開度は給湯運転終了時のままにしておき、次回の給湯運転に備えている。
【００４４】
以上のように、給湯運転を行っていない時の流量調整弁２２の開度を調整することによって、次回の給湯運転時に給湯端末１７へ高温水を送ってしまうことを防止することができる。なお、所定開度Ｋａは、給湯端末１７からどのような流量の湯水を出したとしても、供給される湯水の温度が所定温度を超えない値としており、それぞれのシステムに応じて適宜変更することができる。また、本実施の形態に示した所定時間α、βは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００４５】
次に、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水装置における筐体について説明する。
図２は、同筐体を前面からみた内部の要部概略構成図である。
貯湯タンク７には、縦長の円筒形タンクを用いる。
筐体５０内の幅方向の一側方には、貯湯タンク７を配置する。また、筐体５０内の幅方向の他側方には、不凍液冷媒熱交換器４、圧縮機１、水冷媒熱交換器２、水循環手段９、及び不凍液循環手段４１を配置する。圧縮機１、水循環手段９、及び不凍液循環手段４１は、筐体５０内の幅方向の他側方の下部に配置し、水冷媒熱交換器２及び不凍液冷媒熱交換器４は、圧縮機１、水循環手段９、及び不凍液循環手段４１よりも高い位置に配置する。
【００４６】
第１膨張タンク３７は、貯湯タンク７よりも高い位置に配置する。第１膨張タンク３７を貯湯タンク７よりも高い位置とすることで、貯湯タンク回路内水量に対する第１膨張タンク３７での適応可能水量を多くすることができる。第１膨張タンク３７は、貯湯タンク７の上方空間に配置することが好ましい。また第１膨張タンク３７は断熱材で覆っている。第１膨張タンク３７には高温水が導入されるため、空気流れの影響を少なくするとともに断熱材にて放熱を防ぐことで、熱効率を高めることができる。
第２膨張タンク４４は、不凍液冷媒熱交換器４よりも高い位置に配置する。第２膨張タンク４４を不凍液冷媒熱交換器４よりも高い位置とすることで、不凍液回路内の不凍液量に対する第２膨張タンク４４での適応可能水量を多くすることができる。第２膨張タンク４４は、水冷媒熱交換器２及び不凍液冷媒熱交換器４の上方空間に配置することが好ましい。また第２膨張タンク４４は断熱材で覆っている。第２膨張タンク４４を断熱材にて放熱を防ぐことで、熱効率を高めることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、水循環手段９を駆動することで、貯湯タンク７内の水を直接水冷媒熱交換器２に導き、水冷媒熱交換器２で生成された温水を貯湯タンク７に戻すことで、貯湯タンク７内の湯水を加熱し、また、貯湯タンク７内の湯水を、暖房ポンプ３５を駆動することで、直接暖房端末３４に導き、暖房端末３４で放熱した温水を貯湯タンク７内に戻しているが、水冷媒熱交換器２で生成された温水を直接暖房端末３４に導いてもよいし、また、水冷媒熱交換器２で生成された温水にて貯湯タンク７内の水を加熱する構成としてもよい。
【００４８】
本実施の形態によれば、一つの筐体５０内で、貯湯タンク７を、筐体５０の一側方に配設し、不凍液循環手段４１とヒートポンプ回路とを、筐体５０の他側方に配設し、水冷媒熱交換器２を、圧縮機１よりも高い位置に配設し、重量かつ振動の大きい圧縮機１を底板に配設し、水冷媒熱交換器２をその上方に配置させることで、ヒートポンプ式温水装置を載置したときの安定化及び静音化を実現できるとともに、筐体５０内の機能部品の配置バランスを良くし、筐体５０本体を小型化できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、特に寒冷地に適したヒートポンプ式温水装置である。
【符号の説明】
【００５０】
１  圧縮機
２  水冷媒熱交換器
３  減圧装置
４  不凍液冷媒熱交換器
５  四方弁
６  冷媒配管
７  貯湯タンク
８  仕切り板
９  水循環手段
１０  水出口
１１  湯入口
１２ａ、１２ｂ  温度センサ
１３  フロースイッチ
１４  過圧逃し弁
１５ａ  上部ヒータ
１５ｂ  下部ヒータ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ  温度センサ
１７  給湯端末
１８  給湯熱交換器
１９  給湯ポンプ
２０  出湯口
２１  入水口
２２  流量調整弁
２３  逆止弁
２４  過圧逃し弁
２５  排水栓
２６  給水管
２７  三方弁
２８  過圧逃し弁
２９  過圧逃し弁
３０  給湯管
３１  温度センサ
３２  予備温度センサ
３３  流量センサ
３４  暖房端末
３５  暖房ポンプ
３６  温水取り出し口
３７  第１膨張タンク
４１  不凍液循環手段
４２  地中熱熱交換器
４４  第２膨張タンク
５０  筐体
【図１】
2013044507.tif 000003
【図２】
2013044507.tif 000004