(57)【要約】【課題】湯切れを防止し、かつヒートポンプの運転音を低減することができるヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。【解決手段】ヒートポンプユニット２を用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯タンク１に貯えるヒートポンプ式給湯機において、外気温度を検出する外気温度センサ２ｃと、前記貯湯タンク１内の残湯量を検出する複数の温度センサ４ａ〜４ｄと、ヒートポンプユニット２の加熱能力を可変する加熱能力可変手段（制御部１６）とを備え、夜間時間帯の沸き上げ運転時には前記ヒートポンプユニット２が除霜運転を行う外気温度と前記貯湯タンク１内の残湯量に応じて前記ヒートポンプユニット２の加熱能力を可変し、昼間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と前記貯湯タンク１内の残湯量とは関係なく前記ヒートポンプユニット２の加熱能力を最大加熱能力で動作させる制御部１６を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯タンクに貯えるヒートポンプ式給湯機において、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記貯湯タンク内の残湯量を検出する残湯量検出手段と、ヒートポンプの加熱能力を可変する加熱能力可変手段とを備え、
前記加熱能力可変手段は、夜間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と前記貯湯タンク内の残湯量に応じて前記ヒートポンプの加熱能力を可変し、昼間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と前記貯湯タンク内の残湯量とは関係なく前記ヒートポンプの加熱能力を最大加熱能力に設定して動作させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記加熱能力可変手段は、夜間時間帯の沸き上げ運転時において、外気温度が予め設定した所定温度より低く、貯湯タンク内の残湯量が予め設定した所定値より多いときは、前記ヒートポンプの加熱能力を小さく設定して動作させることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記残湯量検出手段は、貯湯タンクの上下方向に所定の間隔を有して複数設けられ、昼間時間帯の沸き上げ運転時には、時間帯によって、沸き上げ開始と沸き上げ停止の残湯量を検出する温度センサが異なることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記残湯量検出手段は、貯湯タンクの上下方向に所定の間隔を有して複数設けられ、昼間時間帯の沸き上げ運転時には、時間帯によって、沸き上げ開始と沸き上げ停止の残湯量を検出する温度センサの設定温度が異なることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯タンクに貯えるヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンク内の残湯量に応じてヒートポンプの加熱能力を可変する加熱能力可変手段を備え、残湯量が多いときは、加熱能力を小さくして運転音の低減を図っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９０６０６号公報（第1頁、第1、２図）
【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、上記のようなヒートポンプ式給湯機では、残湯量が多いときはいつも加熱能力を小さくしてしまい、外気温度の低い冬期においては、除霜運転直前の沸き上げ以外にも加熱能力を小さくしてしまうので、お湯を沸き上げる加熱能力が足らなくなり、湯切れを起こすという問題を有していた。また、外気温度の低い冬期にはヒートポンプユニットの空気熱交換器に霜が付着し、空気熱交換器を流れる風の流れが変化してヒートポンプの運転音が大きくなるという問題を有していた。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、湯切れを防止し、かつヒートポンプの運転音を低減することができるヒートポンプ式給湯機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】
この発明に係るヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯タンクに貯えるヒートポンプ式給湯機において、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記貯湯タンク内の残湯量を検出する残湯量検出手段と、ヒートポンプの加熱能力を可変する加熱能力可変手段とを備え、
前記加熱能力可変手段は、夜間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と前記貯湯タンク内の残湯量に応じて前記ヒートポンプの加熱能力を可変し、昼間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と前記貯湯タンク内の残湯量とは関係なく前記ヒートポンプの加熱能力を最大加熱能力に設定して動作させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るヒートポンプ式給湯機によれば、夜間時間帯の沸き上げ時には外気温度と貯湯タンク内の残湯量に応じて前記ヒートポンプの加熱能力を可変し、昼間時間帯の沸き上げ時には外気温度と前記貯湯タンク内の残湯量とは関係なく前記ヒートポンプサイクルの加熱能力を最大加熱能力に設定して動作させることにより、外気温度が低く、残湯量が多いときには前記ヒートポンプの加熱能力を小さく設定して、前記ヒートポンプの運転音の低減を図り、湯切れを防止しながら、ヒートポンプの運転音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の構成図、図２はこの発明の実施の形態１における制御のフローチャート、図３は昼間時間帯の沸き上げ開始温度と沸き上げ停止温度の関係を示す表である。
図１において、貯湯タンク１は加熱循環回路３で加熱手段であるヒートポンプユニット２と接続されている。ヒートポンプユニット２内には圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、空気熱交換器２ｄ、アキュームレータを順次冷媒配管で接続したヒートポンプ回路とファン２ａ、霜取り温度センサ２ｂ、外気温度センサ２ｃを備えている。
前記加熱循環回路３は貯湯タンク１の上下部をヒートポンプユニット２に接続し、貯湯タンク１の下部とヒートポンプユニット２とを接続している配管部分には循環ポンプ１８が設けられ、貯湯タンク１の下部から取り出した水をヒートポンプユニット２内に導き、該ヒートポンプユニット２内で高温の湯に沸き上げて貯湯タンク１の上部に戻している。
前記貯湯タンク１の外周には異なる高さ位置で適当な間隔をもって第1〜第３の温度センサ４ａ〜４ｃが設けられているとともに、前記加熱循環回路３の貯湯タンク下部側にも第４の温度センサ４ｄが設けられ、第１〜第４の温度センサ４ａ〜４ｄは貯湯タンク１内の残湯量を検出する残湯量検出手段として機能し、その位置の湯の温度を検知する。貯湯タンク温度センサ５は貯湯タンク１の上部に設けられ、ヒートポンプユニット２によって加熱されて貯湯タンク1の上部に戻される湯の温度を検知する。混合手段である電動湯水混合弁６は、電動制御によって湯と水の混合率を変化させて適温の湯水を作り出す。
【０００９】
一方、給湯管７は、一端を貯湯タンク１の上部に接続し、他端を電動湯水混合弁６の給湯口に接続し、貯湯タンク１内に貯湯された湯を電動湯水混合弁６に供給するための配管である。なお、前記貯湯タンク温度センサ５はこの給湯管７の近傍に位置して取り付けられている。
給水管９は、一端を水道管等の水源に接続され、給水管９に取り付けられ、水源水圧を減少させる減圧弁１１を介して他端を貯湯タンク１の下部に接続されている。
給水バイパス管８は減圧弁１１の下流の給水管９に一端が接続され、他端を電動湯水混合弁６の給水口に接続して水源の水を電動湯水混合弁６に供給する。
給水温度センサ１７は給水バイパス管８を通る水の温度を検知する。混合給湯管1０は一端を電動湯水混合弁６の混合湯出口に接続されており、他端を蛇口などの出湯口へ接続されている。貯湯タンク１の上部近傍の給湯管７には沸き上げ中に体積膨張した貯湯タンク１内の湯を逃がす（排出する）ための逃がし弁１２が設けてある。水流検出手段１３は混合給湯管１０内を流れる流量を検出する。給湯用温度センサ１４は電動湯水混合弁６による温度補正を行なうために混合給湯管１０に取り付けられていて、前記混合給湯管１０内を流れる湯水の温度を検知する。
【００１０】
制御装置となる制御部１６は、リモコン１５によって設定された給湯温度や沸き上げ温度、第1〜４の温度センサ４ａ〜４ｄ、貯湯タンク温度センサ５、給湯用温度センサ１４、水流検出手段１３からの信号を受け取り、ヒートポンプユニット２、電動湯水混合弁６等を制御するとともに、夜間時間帯と昼間時間帯の判別も行い、第1〜４の温度センサ４ａ〜４ｄで検出される残湯量と外気温度センサ２ｃで検出される外気温度に応じて前記ヒートポンプユニット２の加熱能力を可変する加熱能力可変手段を備えている。
【００１１】
上記のように構成した実施の形態１の作用を図１によって説明する。
まず、水源から給水管９に送られた水は、減圧弁１１を通り、減圧されて貯湯タンク１内に流入し、貯湯タンク１内を常に満水状態に維持する。この状態で、ヒートポンプユニット２による沸き上げ運転が行われる。
沸き上げ運転を行うと、貯湯タンク１内の水は循環ポンプ１８の運転により、貯湯タンク１の下部から加熱循環回路３に取り出されてヒートポンプユニット２で熱交換し、リモコン１５により設定された貯湯温度（例えば９０℃）になるように加熱昇温されて貯湯タンク１の上部に戻される（図１中、矢印ａ）。
これにより、貯湯タンク１内には、その上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。
【００１２】
ヒートポンプユニット２による沸き上げは、第４の温度センサ４ｄの検出温度が一定温度（例えば７０℃）以上になったら、貯湯タンク１が全量沸き上がったと判断して、終了する。このとき、ヒートポンプユニット２による沸き上げの加熱性能は、ヒートポンプユニット２に入る水の温度が低いときは、沸き上げの加熱効率が高いが、入る水の温度が高いときは沸き上げの加熱効率は低下する特性を持っている。 なお、貯湯によって膨張した貯湯タンク１内の湯は、逃し弁１２から排出される。また、給湯により貯湯タンク１内の湯が減ってくると、第１〜３の温度センサ４ａ〜４ｃの検出温度によって再沸き上げ運転を行う。
例えば、夕飯の支度やお風呂の湯はり等、大量の湯をこれから必要とする１７時から２３時の時間帯に貯湯タンク１の中間位置にある第２の温度センサ４ｂの検出温度が４４℃以下になったら、再沸き上げ運転を開始し、第３の温度センサ４ｃの検出温度が４６℃以上になったら、再沸き上げ運転を停止する。
【００１３】
蛇口等が開かれて給湯するときは、貯湯タンク１内に貯湯された湯と水源水はそれぞれ給湯管７と給水バイパス管８を通って電動湯水混合弁６に至り、ここで、混合給湯管１０に取り付けた給湯用温度センサ１４の検出温度が、リモコン１５により設定された設定温度になるように、電動湯水混合弁６の湯と水の混合率が制御部１６により制御される。この際、混合給湯管１０に取り付けた水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れているかどうかを検出して、湯水の流れ（例えば、流量１．５Ｌ／ｍｉｎ以上）を検出すると、給湯用温度センサ１４と貯湯タンク温度センサ５、給水温度センサ１７の検出温度によって電動湯水混合弁６にフィードバック制御を開始する。
【００１４】
ヒートポンプユニット２の除霜運転は、外気温度の低い冬の沸き上げ運転中に、空気熱交換器２ｄに霜が着き、ヒートポンプの加熱能力が低下することを防止するために行われる。沸き上げ運転中に霜取り温度センサ２ｂの検出温度が所定値（例えば−３℃）以下になったら除霜運転を開始し、霜取り温度センサ２ｂの検出温度が所定値（例えば５℃）以上になったら、除霜運転を停止する。
【００１５】
次に、図２のフローチャートによって、上記作用をより詳細に説明する。
ステップＳ１は、制御部１６が通電時間帯を検出し、ステップＳ２で夜間時間帯であるか否かを判断する。夜間時間帯であれば、ステップＳ３へ進み、そうでなければ、ステップS８へ進む。ここで、夜間時間帯は２３時〜７時とする。
【００１６】
ステップＳ３は、ヒートポンプユニット２に設けた外気温度センサ２ｃの検出温度が５℃以下かどうかを判断し、５℃以下であれば、ステップＳ４に進み、そうでなければ、ステップＳ８に進む。
外気温度が５℃以下というのは、ヒートポンプユニット２が沸き上げ運転中に除霜運転に入り易い温度であり、除霜運転直前の空気熱交換器２ｄには霜が付着してヒートポンプユニット２内のファン２ａによる風の流れが変化して運転音が非常に大きくなる。
【００１７】
ステップＳ４は、第１〜第４の温度センサ４ａ〜４ｄの検出温度から貯湯タンク１内の残湯量を検出する。
【００１８】
ステップＳ５は、制御部１６が貯湯タンク1内の残湯量が所定値以下であるか否かを判断し、所定値以下であれば、ステップＳ６に進み、そうでなければ、ステップＳ７に進む。
例えば、貯湯タンク１の残湯量が１５０Ｌ以下か否かを検出する場合は、第２の温度センサ４ｂの検出温度が４４℃以下になったときに、残湯量が１５０Ｌ以下と判断する。
【００１９】
ステップＳ６は、制御部１６がヒートポンプユニット２の加熱能力を大きく設定して、最大加熱能力６．０ＫＷで運転し、ステップＳ７は、制御部１６がヒートポンプユニット２の加熱能力を小さく設定して、加熱能力４．５ＫＷで運転する。
因みに、ヒートポンプユニット２の運転音は最大加熱能力６．０ＫＷでの除霜運転直前では４９ｄＢ、加熱能力４．５ＫＷでの除霜運転直前では４７ｄＢという測定結果となっている。
【００２０】
ステップＳ９は、制御部１６の指示で循環ポンプ１８、ヒートポンプユニット２の加熱動作を開始し、貯湯タンク１上部より沸き上げる。そして、リモコン１５で設定された沸き上げ設定温度に対する夜間時間帯の沸き上げ停止温度Ｔ１（例えば７０℃）に第４の温度センサ４ｄの検出温度が達したか否かを判断し（ステップＳ１０）、第４の温度センサ４ｄの検出温度が夜間時間帯の沸き上げ停止温度Ｔ１（例えば７０℃）に達すれば、ヒートポンプユニット２の加熱動作を停止する（ステップＳ１１）。
例えば、リモコン１５の沸き上げ設定温度が９０℃の場合、夜間時間帯の沸き上げ停止温度Ｔ１は７０℃となる。ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱性能は、ヒートポンプユニット２に入る水の温度が低いときは、沸き上げの加熱効率が高いが、入る水の温度が高いときは沸き上げの加熱効率は低下する特性を持っているため、沸き上げ設定温度より低い温度で沸き上げを停止させている。
【００２１】
ステップＳ８は、制御部１６がヒートポンプユニット２の加熱能力を大きく設定して、最大加熱能力６．０ＫＷで運転する。
即ち、昼間時間帯はヒートポンプユニット２の加熱能力を最大に設定して運転させて、湯切れ防止を図る。また、昼間時間帯は夜間時間帯に比べ、周囲に発生する音が多くヒートポンプ２の発生する音があまり気にならないため、最大加熱能力６．０ＫＷでヒートポンプユニット２を運転させても問題はない。
【００２２】
ステップＳ１２は、第１〜３の温度センサ４ａ〜4ｃの検出温度が昼間時間帯の沸き上げ開始温度Ｔ２に達したか否かを判断し、達していれば、制御部１６の指示で循環ポンプ１８、ヒートポンプユニット２が動作を開始し、貯湯タンク１上部より沸き上げる（ステップ１３）。
ここで、本実施の形態１の場合は、図３に示すように、昼間時間帯の沸き上げ運転においては、時間帯により沸き上げ開始温度Ｔ２または沸き上げ開始温度Ｔ２を検出する温度センサを異ならせている。すなわち、７時〜９時の場合は、第３の温度センサ４ｃの検出温度が６０℃以下になったら沸き上げを開始し、９時〜１５時の場合は、第２の温度センサ４ｂの検出温度が４４℃以下になったら沸き上げを開始し、１５〜１７時の場合は、第３の温度センサ４ｃの検出温度が４４℃以下になったら沸き上げを開始し、１７時〜２３時の場合は、第２の温度センサ４ｂの検出温度が４４℃以下になったら、沸き上げを開始するようにしている。
【００２３】
ステップＳ１４は、昼間時間帯の沸き上げ停止温度Ｔ３に第１〜４の温度センサ４ａ〜４ｄの検出温度が達したか否かを判断し、達していれば、ヒートポンプユニット２の加熱動作を停止する（ステップＳ１５）。
ここで、本実施の形態１の場合は、図３に示すように、昼間時間帯の沸き上げ運転においても、時間帯により沸き上げ停止温度Ｔ３または沸き上げ停止温度を検出する温度センサを異ならせている。すなわち、７時〜９時の場合は、第３の温度センサ４ｃの検出温度が６２℃以上になったら沸き上げを停止し、９時〜１５時の場合は、第３の温度センサ４ｃの検出温度が４６℃以上になったら沸き上げを停止し、１５〜１７時の場合は、第４の温度センサ４ｄの検出温度が４６℃以上になったら沸き上げを停止し、１７時〜２３時の場合は、第３の温度センサ４ｃの検出温度が４６℃以上になったら、沸き上げを停止するようにしている。
【００２４】
上記実施の形態１に示されるヒートポンプ式給湯機は、以上のように動作するため、夜間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度と貯湯タンク１内の残湯量に応じてヒートポンプユニット２の加熱能力を可変し、外気温度が低く、残湯量が多いときには前記ヒートポンプユニット２の加熱能力を加熱能力を小さくして、前記ヒートポンプユニット２の運転音の低減を図り、昼間時間帯の沸き上げ運転時には外気温度や前記貯湯タンク１内の残湯量とは関係なく前記ヒートポンプユニット２の加熱能力を最大加熱能力に設定して動作させることにより、お湯を大量かつ短時間に使用された場合にも、湯切れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１のヒートポンプ式給湯機の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１の昼間時間帯の沸き上げ開始温度と沸き上げ停止温度の関係を示す表である。
【符号の説明】
【００２６】
１    貯湯タンク
２    ヒートポンプユニット
２ｃ  外気温度センサ
３    加熱循環回路
４ａ  第１の温度センサ
４ｂ  第２の温度センサ
４ｃ  第３の温度センサ
４ｄ  第４の温度センサ
１５  リモコン
１６  制御部
１８  循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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