(57)【要約】【課題】既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプ式熱源器１と、前記ヒートポンプ式熱源器１で加熱した冷媒と水とを熱交換する水冷媒熱交換器４と、前記水冷媒熱交換器４にて加熱された循環用温水を循環させる循環ポンプ６と、給湯用温水を貯湯する貯湯用タンク３と、前記循環用温水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器５と、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ヒートポンプ式熱源器１を複数回繰り返し運転させることで、前記給湯用温水を加熱することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ式熱源器と、前記ヒートポンプ式熱源器で加熱した冷媒と水とを熱交換する水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器にて加熱された循環用温水を循環させる循環ポンプと、給湯用温水を貯湯する貯湯用タンクと、前記循環用温水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器と、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転させることで、前記給湯用温水を加熱することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項２】
前記循環用温水の温度を検出する温度センサを備え、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止する高温側設定温度を設けたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項３】
前記ヒートポンプ式熱源器が運転を再開する低温側設定温度を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項４】
前記給湯用温水の温度を検出する温度センサを備え、前記温度センサが所定温度を検出すると、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプ式熱源器が、予め設定された所定時間を連続運転すると、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式温水暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ式温水暖房装置を図３に示す。
【０００３】
従来から欧州等の寒冷地に普及しているヒートポンプ式温水暖房装置は、建物において温水を循環させて暖房を行う温水暖房循環システムであり、ヒートポンプ１６と温水を貯めるタンク１８と、三方弁２３、２４と温水循環ポンプ２２を内蔵するコントロールユニット１７と、暖房循環ポンプ２１とを備えている。ヒートポンプ１６内の熱交換器１９で生成された温水を温水循環パイプ２６でタンク１８内に供給する。
【０００４】
タンク１８内の温水は三方弁２３により切り替えられ、暖房循環ポンプ２１で暖房循環往きパイプ２７ａを通して暖房用に建物へ送られる。暖房として放熱した温水は、暖房循環戻りパイプ２７ｂを通して三方弁２４により切り替えられ、タンク１８内に戻される。
【０００５】
タンク１６内の温水の再加熱は、三方弁２４により切り替えられ、温水循環ポンプ２２によりヒートポンプ１６へ送られ、熱交換器１９で再加熱されてタンク１８内へ送られる。
【０００６】
給湯する場合には、タンク１８内の給湯用熱交換器２０により、給水管２８からの水をタンク１８内の温水と熱交換して温水を作成し、給湯管２９により給湯用温水を供給する。またタンク１８内の温水がヒートポンプ１６により十分加熱できない場合の加熱用として、ヒータ２５を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、欧州でも北欧を中心に普及しているヒートポンプ式温水暖房装置は、図３とはタンク仕様が異なっており、図４に示す。
【０００８】
ヒートポンプ１６で生成された温水は、コントロールユニット１７内の三方弁２３により切り替えられ、タンク３０を通らずに、暖房循環ポンプ２１により暖房循環往きパイプ２７ａを通して暖房用に建物へ送られる。
【０００９】
給湯する場合には、ヒートポンプ１６で生成された温水が、三方弁２３により切り替えられ、タンク３０内の給湯用熱交換器３１によりタンク３０内に温水を作成する。またタンク１８内の温水がヒートポンプ１６により十分加熱できない場合に、ヒータ２５により加熱する。タンク３０は給水管２８より給水し、給湯管２９よりタンク内の温水を給湯する構成となっている。
【００１０】
そしてヒートポンプ式温水暖房装置の通常の暖房運転では、温水循環ポンプ２２で温水を循環させるとともに、温度センサ３２が検出する温水の温度が、リモコン装置等（図示せず）で設定した設定温度よりも所定温度高いことを検出すると、ヒートポンプ１６の運転を停止する。
【００１１】
タンク３０内に温水を作成する場合も同様に、温度センサ３２が検出する温水の温度が決められた設定温度よりも所定温度高いことを検出すると、ヒートポンプ１６の運転を停止する。この場合の設定温度はリモコン装置等の設定温度とヒートポンプ１６内の圧縮機（図示せず）の保護を目的とする温度から決定される（例えば、特許文献２、特許文献３
参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３９３０５号公報
【特許文献２】特開２０１１−４７６０７号公報
【特許文献３】特開２００４−１５６８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来、欧州等の寒冷地には、ヒートポンプ式温水暖房装置が普及する以前に、石油やガスを使用したボイラ等を熱源とする温水暖房装置が普及していた。
【００１４】
したがって、ヒートポンプ式温水暖房装置を設置する場合に、既設の貯湯用タンクを使用することがある。既設の貯湯用タンクの給湯用熱交換器は、石油やガスを使用したボイラ等を対象としており、熱交換効率の高いものから低いものまで様々であり、熱交換効率の低い給湯用熱交換器にヒートポンプ式温水暖房装置を設置し運転すると、タンク内の水の温度が十分に上がらない場合がある。
【００１５】
給湯用熱交換器の熱交換効率が低いと、循環する温水の熱がタンク内の水に伝わらず、循環する温水の温度が上昇して、温度センサが検出する温水の温度が決められた設定温度よりも所定温度高いことを検出して、ヒートポンプ式熱源器の運転が停止する。
【００１６】
したがって、ヒータの運転が多くなり、ヒートポンプの特性を十分に生かした熱効率や省電力効果が得られず、ヒータが備わっていないタンクでは、タンク内に十分に温水を作成することができない現象が発生する。
【００１７】
また、既設の貯湯用タンクでなくとも、ヒートポンプ式温水暖房装置を提供する販売会社が推奨していないタンクを使用した場合は、前記と同様の現象が発生する場合がある。
【００１８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房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】
【００１９】
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暖房装置は、ヒートポンプ式熱源器と、前記ヒートポンプ式熱源器で加熱した冷媒と水とを熱交換する水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器にて加熱された循環用温水を循環させる循環ポンプと、給湯用温水を貯湯する貯湯用タンクと、前記循環用温水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器と、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転させることで、前記給湯用温水を加熱することを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、水冷媒熱交換器で生成された循環用温水の熱を、貯湯用タンク内の水に十分に伝えるまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回運転して、循環用温水を繰り返し循環して熱交換することで、給湯用熱交換器の熱交換効率に起因せず、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、既既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポン
プ式温水暖房装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【図２】同ヒートポンプ式温水暖房装置運転時の循環温水往き温度とタンク内温水温度の関係を示す図
【図３】従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【図４】従来の他のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の発明は、ヒートポンプ式熱源器と、前記ヒートポンプ式熱源器で加熱した冷媒と水とを熱交換する水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器にて加熱された循環用温水を循環させる循環ポンプと、給湯用温水を貯湯する貯湯用タンクと、前記循環用温水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器と、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転させることで、前記給湯用温水を加熱することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置である。
【００２４】
これにより、水冷媒熱交換器で生成された循環用温水の熱を、貯湯用タンク内の水に十分に伝えるまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回運転して、循環用温水を繰り返し循環して熱交換することで、給湯用熱交換器の熱交換効率に起因せず、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供できる。
【００２５】
第２の発明は、前記循環用温水の温度を検出する温度センサを備え、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止する高温側設定温度を設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
これにより、貯湯用タンクには給湯用熱交換器に加えてヒータが備えられているものがあり、給湯用熱交換器よりもタンク上部に、ヒータと給湯用温水の温度を検出する温度センサが配置されていると、ヒータの加熱により、タンクの上部の給湯用温水の温度は上昇するが、給湯用熱交換器周辺のタンク下部の給湯用温水の温度は十分に上がっていないことがある。
【００２７】
そこで、循環用温水の温度を検出する温度センサが高温側設定温度を検出するまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転することで、貯湯用タンクの下部の給湯用温水まで十分に温度を上げることができる。
【００２８】
第３の発明は、前記ヒートポンプ式熱源器が運転を再開する低温側設定温度を設けたことを特徴とするもので、この運転を繰り返すことで、ヒートポンプ式熱源器内の圧縮機を保護しつつ、貯湯用タンク内の給湯用温水を加熱することができる。
【００２９】
第４の発明は、前記給湯用温水の温度を検出する温度センサを備え、前記温度センサが所定温度を検出すると、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止することを特徴とするもので、リモコン等で設定された設定温度に貯湯用タンク内の給湯用温水の温度が上昇するまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回運転して、かつ、循環用温水を繰り返し循環して熱交換するもので、貯湯用タンクの給湯用温水を設定温度まで上げることができる。
【００３０】
第５の発明は、前記ヒートポンプ式熱源器が、予め設定された所定時間を連続運転すると、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止することを特徴とするもので、ヒートポンプ式熱源器の保護と不要な加熱を防止することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
（実施の形態）
図１は、実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。まず、図１を用いて本実施の形態のヒートポンプ式温水暖房装置の構成を説明する。
【００３３】
ヒートポンプ式熱源器１では冷媒を加熱し冷媒配管２を通って水冷媒熱交換器４に送る。冷媒にはＲ４１０Ａを用いているが、その他、フルオロカーボン系の冷媒を用いることができる。水冷媒熱交換器４はステンレスのプレートを積み重ねた熱交換器を用いているが、２重の銅管で構成した熱交換器を使用しても良い。
【００３４】
循環ポンプ６は循環水を循環温水戻りパイプ１１ｂを通して水冷媒熱交換器４に送る。水冷媒熱交換器４では加熱された冷媒と循環水を熱交換し循環用温水を作成する。循環用温水は循環温水往きパイプ１１ａを通り、暖房する場合は三方弁７で切り替えられ、暖房循環往きパイプ１５ａを通って建物内に送られる。
【００３５】
建物内で放熱された循環用温水は暖房循環戻りパイプ１５ｂを通って循環ポンプ６で水冷媒熱交換器４に送られて再加熱される。これらの水冷媒熱交換器４と循環ポンプ６と三方弁７とリモコン装置等の制御手段（図示せず）は同じケース内に組み込まれ、主に屋内に設置されている。
【００３６】
暖房する場合には循環用温水の温度はリモコンで設定でき、主に３５℃から５５℃の範囲で調整される。給湯する場合には、水冷媒熱交換器４で生成された循環用温水が、三方弁７により切り替えられ、貯湯用タンク３内の給湯用熱交換器５送られ、貯湯用タンク３内に給湯用温水を作成する。
【００３７】
給湯用熱交換器５は螺旋状に巻いたステンレス管で構成され、貯湯用タンク３の内部に溶接されて固定してある。貯湯用タンク３は給水管９より給水し、給湯管１０より給湯用温水を給湯する構成となっている。貯湯用タンク３に作成される給湯用温水の温度もリモコンで設定でき、主に３５℃から７５℃で調整される。
【００３８】
貯湯用タンク３内の水がすべて常温の状態から加熱する場合は、まず、給湯用熱交換器５に循環用温水が送られ、貯湯用タンク３内の水を加熱する。リモコンで設定された一定時間後にヒータ８が作動し、加熱を始める。
【００３９】
リモコンで設定された貯湯用タンク３内の給湯用温水の温度が５５℃以下の場合は、給湯温水用温度センサ１４が設定温度を検知すると、ヒートポンプ式熱源器１および循環ポンプ６の運転を停止し、ヒータ８の通電を停止する。
【００４０】
リモコンで設定された給湯用温水の温度が５５℃以上の場合、給湯温水用温度センサ１４が５５℃を検知するとヒートポンプ式熱源器１および循環ポンプ６の運転を停止するが、ヒータ８は設定温度を検知するまで通電を継続し、加熱を行う。
【００４１】
本実施の形態のヒートポンプ式温水暖房装置では、ヒートポンプ式熱源器１の出力が１６ｋｗであり、推奨する貯湯タンクの給湯用熱交換器の表面積は、約１．４ｍ２で５５℃の給湯用温水を作成できる。
【００４２】
その際、冷媒水熱交の循環用温水往きパイプ１１ａに取り付けられた循環温水用温度センサ１３で検知する循環水の温度は約６０℃となる。循環水の温度を上げた場合、冷媒温度も上がり、ヒートポンプ式熱源器１内の圧縮機（図示せず）の圧力が上がるため、圧縮
機を保護するための循環水の高温側設定温度を設けてあり、循環温水用温度センサ１３が高温側設定温度を検知すると、ヒートポンプ式熱源器１の運転を停止するようにしている。高温側設定温度は６０℃にしてある。
【００４３】
給湯用熱交換器５の熱交換効率が小さい貯湯用タンク３を使用した場合、例えば、給湯用熱交換器５の表面積が０．８ｍ２であった場合、貯湯用タンク３内の水に伝わる熱量は少なくなるため、貯湯用タンク３内の給湯用温水の温度があまり上がらないうちに循環水の温度が高温側設定温度に到達してしまうことになる。
【００４４】
循環水の温度が６０℃に到達した時、貯湯用タンク３内の給湯用温水の温度は約４０℃程度である。さらに温度を上げるためにヒータ８に通電して貯湯用タンク３内の給湯用温水の温度を設定温度にする。
【００４５】
ヒータ８にはシーズヒータを使用しており、ヒートポンプに比べて熱効率が劣るため、できるだけヒートポンプで給湯用温水を作成する方が省電力となる。したがって、図２のグラフに示すように、複数回、ヒートポンプ式熱源器１を運転して貯湯用タンク３内の水を加熱する構成としている。
【００４６】
貯湯用タンク３内の水を加熱していくと、循環温水温度と給湯用温水温度が上昇し、循環温水用温度センサが高温側設定温度を検知して、一旦ヒートポンプ式熱源器１の運転が停止する。給湯用温水温度がリモコンで設定された温度以下および５５℃以下の時、循環ポンプ６の運転を継続する。
【００４７】
循環用温水の温度は下がり、ヒートポンプ式熱源器１を再運転するように予め設定された低温側設定温度を循環温水用温度センサが検知すると、ヒートポンプ式熱源器１を再運転し、再度タンク内の給湯用温水を加熱する。
【００４８】
ヒートポンプ式熱源器１の再運転と停止を複数回運転したのち、給湯温水用温度センサ１４が設定温度を検知すると、ヒートポンプ式熱源器１および循環ポンプ６の運転を停止する。本実施の形態では、給湯用熱交換器５の表面積が０．８ｍ２と熱交換効率が小さくても、給湯用温水の温度を５５℃まで上げることができる。
【００４９】
また、貯湯用タンク３内の水を加熱する際、ヒートポンプ式熱源器１とヒータ８を同時に通電すると、貯湯用タンク３の上部の給湯用温水は早い時間で設定温度に到達するが、ヒータ８よりも下部の給湯用温水は設定温度に到達していない場合が発生する。
【００５０】
そこで、ヒートポンプ式熱源器１は、循環温水用温度センサが高温側設定温度を一度は検出するまで、ヒートポンプ式熱源器を運転して給湯用温水の温度を十分上げるようにすることで、早い時間で少量の給湯を使用可能にしつつ、貯湯用タンク３全体に給湯用温水をつくることができる。
【００５１】
また、貯湯用タンク３の給湯用熱交換器５の熱交換効率が小さく、かつ、ヒータ８が備えられていないタンク、または、ヒータ８の配線をはずしている場合、繰り返しヒートポンプ式熱源器１を運転させて貯湯用タンク３内の水を加熱しても、全く設定温度に達しない場合がある。そこでヒートポンプ式熱源器が予め決められた所定時間連続運転すると、運転を停止し、ヒートポンプ式熱源器の保護と不要な加熱を防止している。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分
に上昇させることができるため、従来の石油やガスを使用したボイラ等を熱源とする温水暖房装置や電気ヒータを熱源とした温水暖房装置にも有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ヒートポンプ式熱源器
３  貯湯用タンク
４  水冷媒熱交換器
５  給湯用熱交換器
６  循環ポンプ
７  三方弁
１３  循環温水用温度センサ
１４  給湯温水用温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013160467.tif 000006