(57)【要約】【課題】熱効率を向上させたエネルギー効率の高いヒートポンプ式温水装置を提供すること。【解決手段】圧縮機２１、放熱器２２、減圧手段２３、蒸発器２４が接続され、冷媒が循環するヒートポンプサイクル２５と、貯湯タンク２６と、放熱器２２において冷媒で加熱された温水が流れ、貯湯タンク２６内の水を加熱する貯湯タンク用熱交換器３７とを備え、圧縮機２１を運転させて貯湯タンク２６内の水を加熱する加熱運転中に、貯湯タンク２６内の水の加熱目標温度と貯湯タンク２６内の水の温度との温度差が大きい場合より小さい場合の方が、放熱器２２と貯湯タンク用熱交換器３７とを循環する循環水の、放熱器２２からの出湯温度と放熱器２２への入水温度との温度差が小さくなるように、循環水の循環量を調整することを特徴とするヒートポンプ式温水装置。【選択図】図１
2017020672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が接続され、冷媒が循環するヒートポンプサイクルと、
貯湯タンクと、
前記放熱器において前記冷媒で加熱された温水が流れ、前記貯湯タンク内の水を加熱する貯湯タンク用熱交換器と、
前記放熱器と前記貯湯タンク用熱交換器との間で前記温水を循環させる循環ポンプと、
前記循環水の前記放熱器からの出湯温度を検出する出口温度検出手段と、
前記循環水の前記放熱器への入水温度を検出する検出する入口温度検出手段と、
前記貯湯タンク内の水の温度を検出するタンク温度検出手段と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記圧縮機を運転させて前記貯湯タンク内の水を加熱する加熱運転中に、
前記貯湯タンク内の水の加熱目標温度と前記タンク温度検出手段の検出温度との温度差が大きい場合より小さい場合の方が、
前記出口温度検出手段の検出温度と前記入口温度検出手段の検出温度との温度差が小さくなるように、前記循環水の循環量を調整することを特徴とするヒートポンプ式温水装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記出口温度検出手段の検出温度と前記入口温度検出手段の検出温度との温度差が、所定値内となるように、前記循環水の循環量を調整することを特徴とする前記請求項１に記載のヒートポンプ式温水装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記出口温度検出手段の検出温度が低い場合より高い場合の方が、前記循環水の循環量が多くなるように調整することを特徴とする請求項１及び２記載のヒートポンプ式温水装置。
【請求項４】
前記循環水の循環量を検出する流量検出手段を備え、前記制御装置は、前記流量検出手段の検出流量に基づいて、前記循環ポンプの運転動作を変更することで、前記循環水の循環量を調整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装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ式温水装置の間接加熱方式における貯湯タンク内の水を加熱する方式として、ヒートポンプにて温めた温水を、循環ポンプを駆動させることで、一定流量搬送させ、貯湯タンク内の熱交換器（コイル）にて、貯湯タンク内の水と熱交換させることで、貯湯タンクのお湯を加熱する構成としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式温水暖房装置を示すものである。
【０００４】
図５に示すように、このヒートポンプ式温水装置は、ヒートポンプ式熱源機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にて加熱された高温の循環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タンク３と、前記高温の循環水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器５とを備え、前記ヒートポンプ式熱器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という構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６０４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成で、貯湯タンク３内の給湯用温水を加熱するための温水の循環流量が固定されているため、貯湯タンク３内の給湯用温水の温度が低い場合には、貯湯タンク３内の給湯用温水を給湯用熱交換器５にて加熱するのに長時間必要となってしまい、加熱効率の低いという課題を有していた。
【０００７】
また、貯湯タンク３内の給湯用温水の温度が高い場合には、貯湯タンク３内の給湯用温水を加熱するための温水の循環流量が固定されているため、水冷媒熱交換器４への入水温度が高くなり、ヒートポンプサイクルの高圧側の圧力が運転許容圧力に到達してしまうため、運転を停止させながら、繰り返し加熱運転を行う必要があり、貯湯タンク３内の給湯用温水を給湯用熱交換器５にて加熱するのに長時間必要となってしまい、加熱効率が低いという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱効率を向上させたエネルギー効率の高い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】
【０００９】
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、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が接続され、冷媒が循環するヒートポンプサイクルと、貯湯タンクと、前記放熱器において前記冷媒で加熱された温水が流れ、前記貯湯タンク内の水を加熱する貯湯タンク用熱交換器と、前記放熱器と前記貯湯タンク用熱交換器との間で前記温水を循環させる循環ポンプと、前記循環水の前記放熱器からの出湯温度を検出する出口温度検出手段と、前記循環水の前記放熱器への入水温度を検出する検出する入口温度検出手段
と、前記貯湯タンク内の水の温度を検出するタンク温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機を運転させて前記貯湯タンク内の水を加熱する加熱運転中に、前記貯湯タンク内の水の加熱目標温度と前記タンク温度検出手段の検出温度との温度差が大きい場合より小さい場合の方が、前記出口温度検出手段の検出温度と前記入口温度検出手段の検出温度との温度差が小さくなるように、前記循環水の循環量を調整することを特徴とするものである。
【００１０】
これにより、貯湯タンク内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段の検出温度との温度差が大きい、すなわち、貯湯タンク内の水の温度が低いときは、放熱器からの出湯温度と放熱器への入水温度との温度差を大きくとることで加熱効率を向上でき、貯湯タンク内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段の検出温度との温度差が小さい、すなわち、貯湯タンク内の水の温度が上昇してきたときには、放熱器からの出湯温度と放熱器への入水温度との温度差を小さくすることで、貯湯タンク内の湯の上下間の温度差を小さくできる。
【００１１】
すなわち、貯湯タンク内の湯の上下間の温度差を小さくでき、かつ、加熱効率を向上させたエネルギー効率の高いヒートポンプ式温水装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加熱効率を向上させたエネルギー効率の高いヒートポンプ式温水装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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装置の構成図
【図２】同貯湯タンクの目標加熱温度と貯湯タンクの温度との温度差に基づいて、放熱器からの出湯温度と放熱器への入水温度との温度差の設定を示す図
【図３】同貯湯タンクの目標加熱温度と貯湯タンクの温度との温度差に基づいて、循環水の循環量の設定を示す図
【図４】同循環水の放熱器の出湯温度に基づいて、循環水の循環量の設定を示す図
【図５】従来のヒートポンプ式温水装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が接続され、冷媒が循環するヒートポンプサイクルと、貯湯タンクと、前記放熱器において前記冷媒で加熱された温水が流れ、前記貯湯タンク内の水を加熱する貯湯タンク用熱交換器と、前記放熱器と前記貯湯タンク用熱交換器との間で前記温水を循環させる循環ポンプと、前記循環水の前記放熱器からの出湯温度を検出する出口温度検出手段と、前記循環水の前記放熱器への入水温度を検出する検出する入口温度検出手段と、前記貯湯タンク内の水の温度を検出するタンク温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機を運転させて前記貯湯タンク内の水を加熱する加熱運転中に、前記貯湯タンク内の水の加熱目標温度と前記タンク温度検出手段の検出温度との温度差が大きい場合より小さい場合の方が、前記出口温度検出手段の検出温度と前記入口温度検出手段の検出温度との温度差が小さくなるように、前記循環水の循環量を調整することを特徴とするヒートポンプ式温水装置である。
【００１５】
これにより、貯湯タンク内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段の検出温度との温度差が大きい、すなわち、貯湯タンク内の水の温度が低いときは、放熱器からの出湯温度と放熱器への入水温度との温度差を大きくすることで加熱効率を向上でき、貯湯タンク内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段の検出温度との温度差が小さい、すなわち、貯湯タンク内の水の温度が上昇してきたときには、放熱器からの出湯温度と放熱器への入水温度との温度差を小さくすることで、貯湯タンク内の湯の上下間の温度差を小さくできる
。
【００１６】
すなわち、貯湯タンク内の湯の上下間の温度差を小さくでき、かつ、加熱効率を向上させたエネルギー効率の高いヒートポンプ式温水装置を提供できる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記制御装置は、前記出口温度検出手段の検出温度と前記入口温度検出手段の検出温度との温度差が、所定値内となるように、前記循環水の循環量を調整することを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、貯湯タンク内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段の検出温度との温度差が大きい場合、タンク内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段の検出温度との温度差が小さい場合、それぞれの場合に基づいて、放熱器からの出湯温度と放熱器への入水温度との温度差を所定値内となるように前記循環水の循環量を調整することで、より、貯湯タンク内の湯の上下間の温度差を小さくでき、かつ、加熱効率を向上させたエネルギー効率の高いヒートポンプ式温水装置を提供できる。
【００１９】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記制御装置は、前記出口温度検出手段の検出温度が低い場合より高い場合の方が、前記循環水の循環量が多くなるように調整することを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、水冷媒熱交換器からの出湯温度が高い場合、すなわち、貯湯タンク内の水の加熱目標温度が高い場合に、前記循環水の循環量を大きくすることで、貯湯タンク内の水の加熱能力を大きくでき、短時間で貯湯タンク内の水の加熱運転を終了することができる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１から第３のいずれかの発明において、前記循環水の循環量を検出する流量検出手段を備え、前記制御装置は、前記流量検出手段の検出流量に基づいて、前記循環ポンプの運転動作を変更することで、前記循環水の循環量を調整することを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、放熱器においてヒートポンプを循環する冷媒で加熱した温水の、前記放熱器と貯湯タンク内の水を加熱する貯湯タンク用熱交換器との間で循環する循環量を、簡易にかつ精度良く制御できる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１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。
【００２３】
図１を用いて本実施の形態のヒートポンプ式温水装置の構成を説明する。
【００２４】
ヒートポンプサイクル２５では、圧縮機２１で圧縮された高圧高温の冷媒が放熱器２２に送られる。冷媒にはＲ４１０Ａを用いているが、その他の冷媒も用いることができる。
【００２５】
前記放熱器２２として、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。
【００２６】
循環ポンプ２７は、熱源入口配管２８を通して循環水を放熱器２２に送る。放熱器２２において、高温に加熱された冷媒と放熱器２２に送られた循環水とを熱交換し加熱して、高温の循環水を作成する。
【００２７】
高温の循環水は、熱源出口配管２９を通り、暖房する場合は三方弁３９で切り替えられ
、建物内へ送られる。
【００２８】
高温の循環水は、建物内の床暖房パネル４０で放熱され、循環ポンプ２７で熱源入口配管２８を通って蒸発器２４に送られて、空気より受熱する。これらの放熱器２２と循環ポンプ２７と三方弁３９とリモコン装置等の制御装置３２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。
【００２９】
暖房する場合、循環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。
【００３０】
貯湯タンク２６内の水を加熱する場合には、放熱器２２で生成された高温の循環水が、三方弁３９により切り替えられ、貯湯タンク２６内の貯湯タンク用熱交換器３７に送られ、貯湯タンク２６内の水を加熱し、給湯管３５から供給される給湯用温水を作成する。
【００３１】
貯湯タンク用熱交換器３７は、螺旋状に巻いたステンレス管または、銅管で構成され、貯湯タンク２６の内部に溶接されて固定してある。貯湯タンク２６は給水管３６より給水し、給湯管３５より給湯用温水を給湯する構成となっている。
【００３２】
貯湯タンク２６内に作成される給湯用温水の温度も、リモコン装置等の制御装置３２で設定でき、主に３５℃から７５℃で調整される。
【００３３】
貯湯タンク２６内の水の加熱（以後、貯湯運転と呼ぶ）開始は、貯湯タンク２６に設置されているタンク温度検出手段３４の温度が、貯湯タンク２６内の湯の設定温度に対して、所定温度差以下（例えば、８℃）となった時に開始され、タンク温度検出手段３４が加熱目標温度より高くなった時、または、出口温度検出手段３１がヒートポンプサイクルの吐出温度や高圧側の圧力値が許容値に達した時に停止する。
【００３４】
ヒートポンプサイクルの吐出温度や高圧側の圧力値は、ヒートポンプサイクル内に配置された部品の耐圧性や耐温度性による。ヒートポンプサイクルの運転（圧縮機の運転）停止後に、前記タンク温度検出手段３４が、加熱目標温度より低い場合、タンク内蔵電気ヒータ４１の通電が行われ、タンク温度検出手段３４が加熱目標温度に達するまで前記貯湯タンク２６内の湯を加熱する。
【００３５】
タンク内蔵電気ヒータ４１にはシーズヒータを使用しており、ヒートポンプサイクルに比べて熱効率が劣るため、できるだけヒートポンプサイクルを用いて給湯用温水を作成する方が省電力となる。
【００３６】
さらに、貯湯タンク２６内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段３４の検出温度との温度差が大きい、すなわち、貯湯タンク２６内の水の温度が低いときは、放熱器２２からの出湯温度と放熱器２２への入水温度との温度差を大きくすることで加熱効率を向上でき、貯湯タンク２６内の水の加熱目標温度とタンク温度検出手段３４の検出温度との温度差が小さい、すなわち、貯湯タンク２６内の水の温度が上昇してきたときには、放熱器２２からの出湯温度と放熱器２２への入水温度との温度差を小さくすることで、貯湯タンク２６内の湯の上下間の温度差を小さくできる。
【００３７】
そのためには、循環水の流量を適正な量にする必要がある。それを行う手段としては、タンク温度検出手段３４の検出温度によって、出口温度検出手段３１と、入口温度検出手段３０の温度差を所定の温度になるように、循環ポンプ２７の能力を調整する。
【００３８】
所定温度とは、例えば、図２に記載のような相関表から決定する方式や、上限・下限を
設けた一次式で構成することも可能である。
【００３９】
所定の温度差を決める理由は、貯湯タンク２６内の温度とヒートポンプサイクル２５の加熱能力により最適な量が異なるためである。ヒートポンプサイクル２５の加熱能力は、加熱能力＝（放熱器の出水温度−放熱器の入水温度）×流量、の関係が成り立つ。
【００４０】
ヒートポンプの加熱能力は、圧縮機やその他の部品である程度想定可能であり、適正流量を流すためには、適正流量＝ヒートポンプサイクル２５の加熱能力／適正な放熱器２２の出口と入口の温度差、のとおり、適正な放熱器の出口と入口の温度差になるように循環ポンプ２７の能力を調整すれば可能となる。
【００４１】
なお、適正な放熱器２２への出口と入口の温度差は、図２に記載のように、加熱目標温度とタンク温度検出手段３４との温度差により決定される。
【００４２】
次に、循環ポンプ２７の能力調整の方法について説明する。
【００４３】
放熱器２２の出口と入口の設定された温度差（以後、目標温度差）に対して、現在の放熱器２２の出口と入口が小さい場合は、循環ポンプ２７の能力を小さく調整することで目標温度差に近づけるように調整を行う。
【００４４】
逆に、目標温度差に対して、現在の放熱器２２の出口と入口との温度差が大きい場合は、循環ポンプ２７の能力を大きく調整することで目標温度差に近づけるように調整を行う。
【００４５】
また、循環水量を検出する流量検出手段３８を備えている場合には、図３に記載のような適正流量を目標とした相関表より、循環ポンプ２７の能力を目標流量になるように調整を行う。
【００４６】
この場合は、目標流量に対して、現在の流量が小さい場合は、循環ポンプ２７の能力を大きく調整することで目標流量に近づけるように調整を行う。逆に、目標流量に対して、現在の流量が大きい場合は、循環ポンプ２７の能力を小さく調整することで目標流量に近づけるように調整を行う。
【００４７】
このように循環水量を検出する流量検出手段３８を備えた構成することで、放熱器２２への出口と入口の温度差を、より早く目標温度差値に調整できる。
【００４８】
そして、貯湯運転開始後、貯湯タンク２６内の温度が加熱目標温度に近い状態となり、貯湯タンク２６内の温度が高い場合は、流量検出手段３８を備えている構成であれば、図４に記載のように、出口温度検出手段３１の検出温度が加熱目標温度に近づくにつれ、最大流量に近づけていく構成となっている。
【００４９】
この最大流量は、ヒートポンプサイクル２５の能力によって設定を変更するようになっている。
【００５０】
このように、出口温度検出手段３１の検出温度が加熱目標温度に近づくにつれ、循環ポンプの能力を大きくし流量を多くすることで、ヒートポンプサイクル２５の運転停止を遅らし、ヒートポンプサイクル２５の運転により高い温度まで貯湯タンク２６内の加熱温度を高くすることが可能になり、タンク内蔵電気ヒータ４１の通電時間を減らすことで、省エネルギー化を実現でき、湯の使用量を増やすことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ式温水装置は、貯湯タンクを間接方式で貯湯タンク内の水を加熱する場合に、エネルギー消費を抑え、より高い温度まで貯湯タンク内の水を加熱することが可能となり、給湯機能あるいは暖房機能を備えたヒートポンプ式温水装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
２１  圧縮機
２２  放熱器
２３  減圧手段
２４  蒸発器
２５  ヒートポンプサイクル
２６  貯湯タンク
２７  循環ポンプ
２８  熱源入口配管
２９  熱源出口配管
３０  入口温度検出手段
３１  出口温度検出手段
３２  制御装置
３３  外気温度検出手段
３４  タンク温度検出手段
３７  貯湯タンク用熱交換器
３８  流量検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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