(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットと、前記給湯用熱交換器への入水温度を検出する入水温度検出手段とを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記入水温度検出手段で検出した温度に基づいて、前記給湯用熱交換器の水出口の温度である出湯温度の目標値を決定し、前記入水温度よりも前記目標値を高く設定するとともに、入水温度検出手段で検出した温度が低い場合、目標出湯温度を低く、前記入水温度検出手段で検出した温度が高い場合、目標出湯温度を高く設定することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段で検出した温度が低いほど、目標出湯温度を低く設定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
給湯用熱交換器の水出口に出湯温度検出手段を設け、前記出湯温度検出手段で検出した出湯温度が目標出湯温度になるように、循環ポンプの回転数を制御する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給湯装置。
【請求項４】
蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路とから構成され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給湯装置。
【請求項５】
ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転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給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が提案されおり、図３に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は前記公報に記載された従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図３において、圧縮機１、蓄熱装置２、蓄熱用伝熱管３、絞り装置４、蒸発器５からなる冷媒循環回路と、蓄熱装置２、給水管１１、出湯用伝熱管１２、流量制御弁１３、混合弁１４、バイパス管１５、給湯管１６を接続した給湯回路からなる。
【０００４】
蓄熱を行う場合、圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガスは蓄熱装置２に流入し、蓄熱用伝熱管３を流れるときに蓄熱装置２の蓄熱材（図示せず）と熱交換を行って冷却され、凝縮する。蓄熱用伝熱管３を出た冷媒は絞り装置３で減圧され、蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に戻る。
【０００５】
蓄熱運転を終了する場合、圧縮機１の吐出側に高圧遮断用圧力スイッチ６を設け、冷媒回路の高圧圧力が所定値に達したときに圧縮機１の運転を停止するようにしている。この高圧圧力が所定値は、蓄熱材の温度が潜熱域での蓄熱終了直後の温度に達したときの冷媒の高圧圧力である。
【０００６】
給湯を行う場合、水道水の一方は、給水管１１を通り、出湯用伝熱管１２へ導入され、蓄熱装置２の蓄熱材と熱交換を行い、水道水は加熱される。加熱された水道水は、流量制御弁１３を通り、混合弁１４に流入する。また、水道水の他方は、給水管１１、バイパス管１５を通り、混合弁１４に流入する。この混合弁１４で所望温度に混合され、給湯管１６から給湯するものである。
【特許文献１】特開２００４−１０１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転時の運転制御に関しては、特に記載がなく不明であるが、必ずしも、高効率な運転でないと推測でき、運転効率が悪いという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高効率なサイクルで運転する省エネ性に優れたヒートポンプ給湯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給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットと、前記給湯用熱交換器への入水温度を検出する入水温度検出手段とを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記入水温度検出手段で検出した温度に基づいて、前記給湯用熱交換器の水出口の温度である出湯温度の目標値を決定し、前記入水温度よりも前記目標値を高く設定するとともに、入水温度検出手段で検出した温度が低い場合、目標出湯温度を低く、前記入水温度検出手段で検出した温度が高い場合、目標出湯温度を高く設定することを特徴とするもので、給湯用熱交換器の水入口の温度に応じて、給湯用熱交換器の水出口の目標温度を設定しているので、蓄熱ユニットに蓄熱する場合、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄熱ユニットに蓄熱する場合、高効率なサイクルで運転し、省エネ性に優れているヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットと、前記給湯用熱交換器への入水温度を検出する入水温度検出手段とを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記入水温度検出手段で検出した温度に基づいて、前記給湯用熱交換器の水出口の温度である出湯温度の目標値を決定し、前記入水温度よりも前記目標値を高く設定するとともに、入水温度検出手段で検出した温度が低い場合、目標出湯温度を低く、前記入水温度検出手段で検出した温度が高い場合、目標出湯温度を高く設定することを特徴とするもので、給湯用熱交換器の水入口の温度に応じて、給湯用熱交換器の水出口の目標温度を設定しているので、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。
【００１２】
また、入水温度検出手段で検出した温度が低い場合、目標出湯温度を低く、前記入水温度検出手段で検出した温度が高い場合、目標出湯温度を高く設定することを特徴とするもので、給湯熱交換器の水入口温度と水出口温度の温度差が、小さくなり過ぎないように制御しているので、さらに、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ給湯装置において、外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段で検出した温度が低いほど、目標出湯温度を低く設定することを特徴とするもので、外気温度と給湯熱交換器の水入口温度に応じて、さらに細かく給湯熱交換器の水出口温度を制御しているので、さらに、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１または２の発明において、給湯用熱交換器の水出口に出湯温度検出手段を設け、前記出湯温度検出手段で検出した出湯温度が目標出湯温度になるように、循環ポンプの回転数を制御することを特徴とするもので、目標出湯温度が変更になった時、制御安定性、追従性もよく目標温度に制御できる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明において、蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路とから構成されることを特徴とするもので、単位体積あたりの蓄熱量が、水より多い潜熱蓄熱材を採用しているので、同じ熱量を蓄熱する場合、小型化が可能となる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転しているもので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【００１７】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。図１において、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の冷凍回路について説明する。
【００１９】
ヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、絞り装置である膨張弁２３、及び蒸発器２４を配管で接続している。また、蒸発器２４に送風するためのファン２５を設けている。また、蒸発器２４の吸い込み温度を検出する外気温度検出手段２６を設けている。本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
【００２０】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の給湯回路について説明する。
【００２１】
蓄熱ユニット３１は、潜熱蓄熱材３２と液体循環路３３から成っている。また、蓄熱ユニット３１の第一底部配管３４は、減圧弁３５を介して水道管等の水供給配管３６に接続されている。また、蓄熱ユニット３１の第二底部配管３７は、循環ポンプ３８を介して給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの流入側と接続し、蓄熱ユニット３１の第一上部配管３９と接続されている。また、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの入口側には入水温度検出手段２２Ｂ、出口側には出湯温度検出手段２２Ｃを設置している。また、蓄熱ユニット３１の第二上部配管４０は、キッチン、又は洗面所等の蛇口や風呂端末（図示せず）に接続されている。
【００２２】
コントローラ５０は、目標出湯温度設定手段５１、循環ポンプ回転数制御手段５２から成り、出湯温度が目標出湯温度に成るように循環ポンプ３８の回転数を制御する。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の蓄熱運転動作について説明する。
【００２４】
まず、使用者が蛇口を開くと第二上部配管４１から出湯される。蓄熱ユニット３１の残蓄熱量が少なくなると、圧縮機２１が起動し、ヒートポンプサイクル２０が運転を開始する。圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器２２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。ファン２５は、圧縮機２１の運転状態に応じた回転数に設定される。
【００２５】
循環ポンプ３８により蓄熱ユニット３１からの水は、蓄熱ユニット３１の第二底部配管３７を通り、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａに導かれ、高温の湯に加熱され、蓄熱ユニット３１に流入する。
【００２６】
図２は、本発明の第１の形態におけるヒートポンプ給湯装置の運転制御のフローチャートである。次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の運転制御について図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
まず、使用者が蛇口を開くと第二上部配管４１から出湯される。蓄熱ユニット３１の残蓄熱量が少なくなると、圧縮機２１が起動し、ヒートポンプサイクル２０が運転を開始する（ステップ１）。次に、入水温度検出手段２２Ｂ、出湯温度検出手段２２Ｃ、外気温度検出手段２６で、それぞれ入水温度、出湯温度、外気温度を検出する（ステップ２）。次に、検出した入水温度、外気温度により、目標出湯温度設定手段５１で目標出湯温度を（表１）で表す温度に設定する（ステップ３）。
【００２８】
【表１】
0005092692.tif 000002
【００２９】
次に、循環ポンプ３８の回転数を（表１）で表す出湯温度になる様に制御する（ステップ４）。
【００３０】
ここでは、圧縮機の回転数制御については、特に記載していないが、入水温度と外気温度に応じて、適正な圧縮機の回転数を設定している。また、膨張弁の開度制御についても、特に記載していないが、入水温度と外気温度に応じて、適正な目標吐出温度を設定し、この目標吐出温度になるように膨張弁の開度制御を行っている。
【００３１】
従って、入水温度と外気温度に応じて、目標出湯温度を設定し、この目標温度になるように循環ポンプの流量を制御しているので、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。
【００３２】
また、本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、潜熱蓄熱剤については、特に説明していないが、１種類の潜熱蓄熱剤、または融点の異なる２種類以上の潜熱蓄熱剤を充填してもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル２０を備えたヒートポンプ給湯装置を用いて説明したが、２つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では、循環ポンプ３８の回転数を制御すると説明したが、ＯＮ時間／ＯＦＦ時間を変えるデューティー制御でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、容易に蓄熱ユニット蓄熱することが可能となるので、その蓄熱熱量を利用した暖房等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯装置の運転制御のフローチャート
【図３】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
【００３８】
２０  ヒートポンプサイクル
２１  圧縮機
２２  給湯用熱交換器
２２Ｂ  入水温度検出手段
２２Ｃ  出湯温度検出手段
２３  膨張弁
２４  蒸発器
３１  蓄熱ユニット
３８  循環ポンプ
５１  目標出湯温度決定手段
【図１】
0005092692.tif 000003
【図２】
0005092692.tif 000004
【図３】
0005092692.tif 000005