(57)【要約】【課題】利用端末を循環する二次側流体に放熱する時間を短縮させ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】本発明のヒートポンプ式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク１と、貯湯タンク１内の水を加熱するヒートポンプユニット１７と、貯湯タンク１の下部の水をヒートポンプユニット１７へ送る循環ポンプ１１と、ヒートポンプユニット１７で生成された高温水を貯湯タンク１上部に戻す沸き上げ回路と、二次側流体が循環する利用二次回路５を有する利用端末８と、貯湯タンク１内の湯水を二次側流体に放熱するための利用一次回路３とを備え、ヒートポンプユニット１７で加熱された温水を利用一次回路３へ供給可能に構成した。【選択図】図１
2009150612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの下部の水を前記ヒートポンプユニットへ送る循環ポンプと、前記ヒートポンプユニットで生成された高温水を前記貯湯タンク上部に戻す沸き上げ回路と、二次側流体が循環する利用二次回路を有する利用端末と、前記貯湯タンク内の湯水を前記二次側流体に放熱するための利用一次回路とを備え、前記ヒートポンプユニットで加熱された温水を前記利用一次回路へ供給可能に構成されたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記利用一次回路は、前記貯湯タンクの上部と、前記二次側流体へ熱を放熱する放熱器と、前記放熱器に前記貯湯タンク内の湯を送る加熱用循環ポンプと、前記貯湯タンクの下部とを接続する構成とし、前記ヒートポンプユニットから前記貯湯タンクの上部に湯を送る配管から分岐したバイパス管を、前記貯湯タンク上部と前記放熱器との間に三方弁を介して接続したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記沸き上げ回路において、前記バイパス管の分岐点と、前記貯湯タンクの上部との間に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記利用端末で要求される加熱能力に応じて、前記貯湯タンク内の湯水を前記放熱器に送る流路と、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯水を前記放熱器に送る流路とを切り換えるように前記三方弁を制御することを特徴とする請求項２または３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記貯湯タンク内の蓄熱量に応じて、前記貯湯タンク内の湯水を前記放熱器に送る流路と、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯水を前記放熱器に送る流路とを切り換えるように前記三方弁を制御することを特徴とする請求項２または３に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、ヒートポンプ式給湯機に係り、特に貯湯タンク内の湯水から、床暖房を流れる流体や浴槽内の湯水などの利用端末を循環する二次流体に熱を与えるための回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の浴槽内の湯水を追いだきする機能が付いたヒートポンプ式給湯機の構成図を図４に示す（例えば、特許文献１参照）。図４に示すように、このヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンク１０１内の湯水を加熱するための水冷媒熱交換器１０９を有するヒートポンプユニット１１７を備えている。
【０００３】
そして、貯湯タンク１０１の下部と水冷媒熱交換器１０９とを接続し、貯湯タンク１０１と水冷媒熱交換器１０９との間には循環ポンプ１１１が配設され、循環ポンプ１１１を駆動することによって、貯湯タンク１０１の下部にある水を水冷媒熱交換器１０９に送り、水冷媒熱交換器１０９で冷媒から水に放熱されることで高温水が生成される。
【０００４】
そして、水冷媒熱交換器１０９で生成された高温水は、貯湯タンク１の上部に供給されて、貯湯タンク１の上部から積層状態で高温水が貯えられていく。
【０００５】
また、前記ヒートポンプユニット１１７の冷媒サイクルは、冷媒として二酸化炭素を使用しており、水冷媒熱交換器１０９、圧縮機１１４、蒸発器１１５、膨張弁１１６を冷媒配管により順次環状に接続して構成されている。そして、圧縮機１１４で冷媒が圧縮され、圧縮機１１４から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器１０９で放熱し、膨張弁１１６で減圧されたあと、蒸発器１１５で空気から熱を吸収し、ガス状態で再び圧縮機１１４に吸入される。
【０００６】
次に浴槽１０８内の水の追い焚きに関する部分について説明する。
【０００７】
貯湯タンク１０１の上部と追い焚き用熱交換器１０２（一次側）と追い焚き用循環ポンプ１０４と貯湯タンク１０１の下部を接続する追い焚き一次側回路１０３と、浴槽１０８と浴槽水循環ポンプ１０６と追い焚き用熱交換器１０２（二次側）とを経由し再び浴槽１０８に接続する追い焚き二次側回路１０５を備え、浴槽１０８内の水を追い焚きするときには、貯湯タンク１０１上部の温水を追い焚き用循環ポンプ１０４で追い焚き用熱交換器１０２（一次側）に送り、冷却後、前記貯湯タンク１０１下部へ戻すとともに、浴槽１０８内の水を前記浴槽水循環ポンプ１０６で追い焚き用熱交換器１０２（二次側）に送り、加熱後、浴槽１０８に戻すようにしている。
【特許文献１】特開２００５−１４７５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、追い焚きを行う場合には貯湯タンク１０１の温水を加熱源としていたため、貯湯タンク１０１の蓄熱量が小さく、追い焚きを行うのに不十分な場合には、まずヒートポンプユニットを動作させて追い焚きを行うのに十分な蓄熱量を貯湯タンク１０１内に確保する必要があり、その間に、追い焚き動作が停止してしまうため、結果として追い焚きが完了するまでに時間がかかるという課題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、利用端末（従来例では浴槽）内を循環す
る二次側流体に放熱する時間を短縮させ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】
【００１０】
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給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの下部の水を前記ヒートポンプユニットへ送る循環ポンプと、前記ヒートポンプユニットで生成された高温水を前記貯湯タンク上部に戻す沸き上げ回路と、二次側流体が循環する利用二次回路を有する利用端末と、前記貯湯タンク内の湯水を前記二次側流体に放熱するための利用一次回路とを備え、前記ヒートポンプユニットで加熱された温水を前記利用一次回路へ供給可能に構成されたことにより、貯湯タンク内の蓄熱量が少なくても、ヒートポンプユニットで加熱された温水を直接二次側流体に放熱できる構成とするため、貯湯タンク内に十分な湯水を貯えることなく、二次側流体に熱を与えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のヒートポンプ式給湯機は、利用端末内を循環する二次側流体に放熱する時間を短縮させるヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの下部の水を前記ヒートポンプユニットへ送る循環ポンプと、前記ヒートポンプユニットで生成された高温水を前記貯湯タンク上部に戻す沸き上げ回路と、二次側流体が循環する利用二次回路を有する利用端末と、前記貯湯タンク内の湯水を前記二次側流体に放熱するための利用一次回路とを備え、前記ヒートポンプユニットで加熱された温水を前記利用一次回路へ供給可能に構成されたことにより、貯湯タンク内の蓄熱量が少なくても、ヒートポンプユニットで加熱された温水を直接二次側流体に放熱できる構成とするため、貯湯タンク内に十分な湯水を貯えることなく、二次側流体に熱を与えることができる。
【００１３】
第２の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１の発明において、前記利用一次回路は、前記貯湯タンクの上部と、前記二次側流体へ熱を放熱する放熱器と、前記放熱器に前記貯湯タンク内の湯を送る加熱用循環ポンプと、前記貯湯タンクの下部とを接続する構成とし、前記ヒートポンプユニットから前記貯湯タンクの上部に湯を送る配管から分岐したバイパス管を、前記貯湯タンク上部と前記放熱器との間に三方弁を介して接続したことにより、三方弁を切り換えることでヒートポンプユニットで加熱された湯水を、二次側流体へ熱を放熱する放熱器へ送るか、貯湯タンク内の湯水を放熱器へ送るかを選択することができる。
【００１４】
第３の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第２の発明において、前記沸き上げ回路において、前記バイパス管の分岐点と、前記貯湯タンクの上部との間に逆止弁を設けたことにより、確実にヒートポンプユニットから放熱器へ湯水を送ることができる。
【００１５】
第４の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第２または第３の発明において、前記利用端末で要求される加熱能力に応じて、前記貯湯タンク内の湯水を前記放熱器に送る流路と、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯水を前記放熱器に送る流路とを切り換えるように前記三方弁を制御することにより、二次側流体へ熱を放熱する最適な方法を選択することができる。
【００１６】
第５の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第２または第３の発明において、前記貯湯タンク内の蓄熱量に応じて、前記貯湯タンク内の湯水を前記放熱器に送る流路と、前記ヒ
ートポンプユニットで加熱された湯水を前記放熱器に送る流路とを切り換えるように前記三方弁を制御することにより、二次側流体へ熱を放熱する最適な方法を選択することができる。
【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、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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の構成図である。図１において、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク１を備えており、貯湯タンク１の下部、循環ポンプ１１、水冷媒熱交換器９、逆止弁１９、貯湯タンク１の上部を順次給湯配管で接続することで沸き上げ回路１０を形成している。なお逆止弁１９は、水冷媒熱交換器９から貯湯タンク１の上部に湯水が流れるように配設されている。
【００１９】
一方、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機は、水冷媒熱交換器９、圧縮機１４、蒸発器１５、膨張弁１６を順次冷媒配管で環状に接続して形成されるヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニット１７を備えている。ヒートポンプサイクルの冷媒には二酸化炭素を使用しているため、高圧側が臨界圧力を超えるので、水冷媒熱交換器９を流通する水に熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、水冷媒熱交換器９で冷媒と水との間で温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くすることができる。また、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用しているので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００２０】
また、ヒートポンプユニット１７において、圧縮機１４で冷媒が圧縮され、圧縮機１４から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器９で放熱し、膨張弁１６で減圧されたあと、蒸発器１５で空気から熱を吸収し、ガス状態で再び圧縮機１４に吸入される。なお、圧縮機１４の能力制御および膨張弁１６の開度制御は、圧縮機１４の吐出側に設けたサーミスタ（図示せず）で検出される吐出冷媒の温度が予め設定された温度を維持するように制御される。
【００２１】
また、貯湯タンク１内の湯水は、循環ポンプ１１が作動することで、水冷媒熱交換器９に流入し、冷媒と熱交換を行い、再び貯湯タンク１に戻り、積層状態で貯湯タンク１の上部に高温の湯が貯えられる。
【００２２】
また、貯湯タンク１の上部、放熱器２、貯湯タンク内の湯水を循環させる加熱用循環ポンプ４、貯湯タンク１の下部を順次給湯配管で接続することで利用一次回路３を形成している。
【００２３】
さらに、利用端末である浴槽８、浴槽８内の湯水を循環させる利用端末循環ポンプ６、放熱器２を順次給湯配管で環状に接続することで利用二次回路５を形成している。なお、本実施の形態では利用端末を浴槽として説明するが、これに限定されることはなく、浴槽に代わって、床暖房や輻射暖房パネルなどで構成されてもよい。本実施の形態では、利用端末として浴槽水の入った浴槽８を想定しており、利用側の機能としては浴槽水を所定温度まで加熱する追い焚き機能を想定している。なお、ヒートポンプ式給湯機として、一般的に搭載されている貯湯タンク１の湯と水を所定の温度に混合し浴槽８へ出湯する給湯機能や、浴槽８へ自動で所定の温度と量の湯を注湯する自動湯張り機能があるが、本実施の形態では本発明に直接関係しないため図示、説明を省略する。
【００２４】
さらに、逆止弁１９と水冷媒熱交換器９との間からバイパス管２１が分岐し、貯湯タンク１の上部と放熱器２の間の利用一次回路３に、三方弁２０を介して接続される。なお、三方弁２０は、バイパス管２１から放熱器２へ湯水を送る流路と、貯湯タンク１の上部から放熱器２へ湯水を送る流路とを切り替え可能に構成している。なお、本実施の形態を示す図面において、三方弁２０の白抜き部分で流路が形成され、黒塗り部分で流路が閉止している状態を示している。例えば、図１においては、利用一次回路３が流路を形成している状態を示している。
【００２５】
また、水冷媒熱交換器９と貯湯タンク１の上部を接続する配管には、水冷媒熱交換器９の出口温度を検出可能なようにサーミスタ１２が取り付けられ、貯湯タンク１の上部には貯湯タンク１の上部の温度を検出できるようサーミスタ１３が取り付けられている。また、利用二次回路５において放熱器２と浴槽８との間には、浴槽水の温度を検出できるサーミスタ７が取り付けられている。
【００２６】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯機において、以下、利用端末である浴槽８内の湯水の追い焚き方法について説明する。
【００２７】
図１において、三方弁２０は利用一次回路３を流路形成している状態を示している。つまり、貯湯タンク１の上部の湯が、放熱器２へ供給されている。この状態で浴槽８内の湯水を追い焚き運転した時の湯水の流れを図２に示す。図２において湯水の流れは矢印で示している。
【００２８】
加熱用循環ポンプ４を動作させ、貯湯タンク１の上部の湯を放熱器２（一次側）に送り、貯湯タンク１の下部へと戻す。同時に利用端末循環ポンプ６を動作させ、浴槽８内の浴槽水を放熱器２（二次側）に送り、浴槽８へと戻す。
【００２９】
放熱器２では貯湯タンク１の高温の湯と、浴槽８の低温の浴槽水（たとえば追い焚き運転開始時には３０℃）が熱交換を行い、貯湯タンク１の湯は冷却され、浴槽８の浴槽水は加熱される。追い焚き運転はサーミスタ７によって検出される浴槽水温度が制御装置（図示せず）によって決められた所定の温度（たとえば４０℃）になるまで、または所定の時間が経過するまで行われる。
【００３０】
一方、貯湯タンク１の蓄熱量が確保できている場合（たとえば貯湯タンク１の上部の湯５０Ｌ以上が８５℃存在する場合）の通常状態においては、貯湯タンク１の湯を利用して追い焚きを行う方が追い焚き能力も高く（たとえば追い焚き出力として１１ｋＷ程度）、安価な夜間電力で貯湯した湯を利用するため電気代も安くすむ。
【００３１】
しかしながら、給湯使用が多く貯湯タンク１の湯が少なくなってしまっているときに追い焚きしたい場合、追い焚きで貯湯ユニット１の湯を使い切ってしまうとしばらく給湯が使用できなくなり不便である。さらに、貯湯ユニット１の湯を使い切った場合には貯湯タンク１の湯での追い焚きはできない。
【００３２】
このような場合、まずヒートポンプユニット１７を動作させて追い焚きを行うのに十分な貯湯タンク１の蓄熱量を確保する必要があり、その間追い焚き動作が停止し結果として追い焚きが完了するまでに時間がかかる（たとえば３０分）という課題があった。
【００３３】
また、浴槽８の浴槽水温度が高く（たとえば目標沸き上げ温度４０℃に対して浴槽水温度が３８℃）、追い焚き能力が小さくて良い場合（たとえば追い焚き出力で４ｋＷ程度）には、貯湯タンク１の湯を使用すると放熱器２での温度低下が小さく、貯湯タンク１の下部に高めの温度の湯を送り込んでしまい、後で貯湯運転を行った際にヒートポンプユニッ
ト１７の成績係数ＣＯＰを悪化させてしまう。
【００３４】
このため、貯湯タンク１の湯を使用せずヒートポンプユニット１７で追い焚きを行った方が安価な場合もある。よって、このような場合にはヒートポンプユニット１７の加熱能力を利用して追い焚き運転を行うようにする。
【００３５】
以上のように、貯湯タンク１の蓄熱量が不十分な場合（貯湯タンク１上部に８５℃の湯が５０Ｌ以上確保できていない場合や湯切れの場合）、や必要とする追い焚き出力が小さい場合（たとえば追い焚き開始の浴槽水温度と目標沸き上げ温度との差が３℃以下の場合）には、適宜三方弁２０で流路切替えを行い、ヒートポンプユニット１７の加熱能力を利用して追い焚き運転を行うようにする。この時の湯水の流れを示したのが図３である。
【００３６】
図３において、三方弁２０は三方弁バイパス管２１を介して、沸き上げ回路１０と三方弁２０の下流から貯湯タンク１までの追い焚き一次側回路３とを接続する流路形成している状態をしている。逆止弁１９は上記閉回路を形成するために設けられたものである。
【００３７】
この状態で、加熱用循環ポンプ４、およびヒートポンプユニット１７を動作させ、水冷媒熱交換器９で加熱された湯を放熱器２（一次側）に送り込む。同時に利用端末循環ポンプ６を動作させ、浴槽８内の湯水を放熱器２（二次側）に送り、浴槽８へと戻す。
【００３８】
放熱器２では水冷媒熱交換器９で加熱された高温の湯（たとえば８５℃）と、浴槽８の低温の浴槽水が熱交換を行い、浴槽８の浴槽水は加熱される。追い焚き運転はサーミスタ７によって検出される浴槽水温度が制御装置（図示せず）によって決められた所定の温度になるまで、または所定の時間が経過するまで行われる。このようにートポンプユニット１７の加熱能力を利用して直接追い焚き運転を行うことで、従来貯湯タンク１の湯を使って追い焚き運転ができない場合にも、追い焚き運転を停止させることなく継続させることができるので結果として追い焚き時間を短縮することができる。
【００３９】
以上のように、三方弁２０と逆止弁１９によって流路切替えを行うことで、前記水冷媒熱交換器９で加熱された温水、または前記貯湯タンク上部の温水を、放熱器２（一次側）に送ることができるようにし、貯湯タンク１の蓄熱量が小さい場合や、必要とする追い焚き出力が小さい場合には、水冷媒熱交換器９で加熱された温水を、放熱器２（一次側）に送ることができ、貯湯タンク１の蓄熱量を確保できるまで追い焚き動作を停止させることなく追い焚き完了までの時間を短縮させるヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明は、利用端末を浴槽とするだけでなく、床暖房や輻射暖房パネルにおいても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における貯湯式温水器の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における貯湯式温水器の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における貯湯式温水器の構成図
【図４】従来の貯湯式温水器の構成図
【符号の説明】
【００４２】
１  貯湯タンク
２  放熱器
３  利用一次回路
４  加熱用循環ポンプ
５  利用二次回路
６  利用端末循環ポンプ
７  サーミスタ
８  浴槽
９  水冷媒熱交換器
１０  沸き上げ回路
１１  循環ポンプ
１２  サーミスタ
１３  サーミスタ
１４  圧縮機
１５  蒸発器
１６  膨張弁
１７  ヒートポンプユニット
１９  逆止弁
２０  三方弁
２１  バイパス管
【図１】
2009150612.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009150612.tif 000006