(57)【要約】【課題】高効率で、省エネ性に優れたヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、膨張弁２３及び蒸発器２４を配管２６で接続して構成されたヒートポンプサイクル２０と、ヒートポンプサイクル２０で加熱された冷媒を循環させて蓄熱する蓄熱ユニット３１とを備え、蓄熱ユニット３１と、循環ポンプ３８と、給湯用熱交換器２２を配管で接続し、給湯負荷が発生したときにヒートポンプサイクル２０の運転を開始するもので、給湯負荷発生時に、ヒートポンプサイクル２０で加熱したお湯を優先的に給湯に利用し、蓄熱ユニット３１で熱交換してできたお湯で補足し給湯するため、給湯用熱交換器２２に入る水は、蓄熱ユニット３１からの戻り水ではなく、水道管等から供給される水となり、水温が上昇することはなく、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。【選択図】図１
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【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て構成され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冷媒を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットとを備え、前記蓄熱ユニットと、循環ポンプと、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、給湯負荷が発生したときに前記ヒートポンプサイクルの運転を開始することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
給湯負荷が停止しても、ヒートポンプサイクルの運転を開始してから停止するまで所定時間継続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入口に、入水温度検出手段を設け、給湯負荷が停止しても、前記入水温度検出手段で検出した入水温度が所定温度になるまで、ヒートポンプサイクルの運転を継続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】
蒸発器の吸い込み温度を検出する外気温度検出手段を設け、給湯負荷が停止しても、入水温度検出手段で検出した入水温度が、前記外気温度検出手段で検出した外気温度に応じて決定された所定温度になるまで、ヒートポンプサイクルの運転を継続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５】
蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路から成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。
【請求項６】
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１〜５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、ヒートポンプサイクルを利用した種々の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、前記特許文献１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４で減圧され、蒸発器５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。この高圧圧力の所定値は、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、前記従来のヒートポンプ給湯装置の構成では、特にヒートポンプサイクルの運転開始条件についての記載がないが、例えば、蓄熱装置２の温度が低い場合に、ヒートポンプサイクルの運転を開始し、蓄熱装置２に蓄熱すると推測され、蓄熱運転を継続すると、蓄熱用伝熱管３の出口温度が上昇し運転効率が悪くなる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し、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て構成され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冷媒を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットとを備え、前記蓄熱ユニットと、循環ポンプと、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、給湯負荷が発生したときに前記ヒートポンプサイクルの運転を開始するもので、給湯負荷が発生した場合、ヒートポンプサイクルで加熱したお湯を優先的に給湯に利用し、
蓄熱ユニットで熱交換してできたお湯で補足し給湯するため、給湯用熱交換器に入る水は、蓄熱ユニットからの戻り水ではなく、水道管等から供給される水となり、水温が上昇することはなく、高効率なサイクルで運転し、省エネ性に優れている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のヒートポンプ給湯装置は、給湯負荷が発生した場合、ヒートポンプサイクルで加熱したお湯を優先的に給湯に利用し、蓄熱ユニットで熱交換してできたお湯で補足し給湯するため、給湯用熱交換器に入る水温が上昇することはなく、高効率なサイクルで運転し、省エネ性に優れている。
【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て構成され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冷媒を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットとを備え、前記蓄熱ユニットと、循環ポンプと、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、給湯負荷が発生したときに前記ヒートポンプサイクルの運転を開始するもので、給湯負荷が発生した場合、ヒートポンプサイクルで加熱したお湯を優先的に給湯に利用し、蓄熱ユニットで熱交換してできたお湯で補足し給湯するため、給湯用熱交換器に入る水は、蓄熱ユニットからの戻り水ではなく、水道管等から供給される水となり、水温が上昇することはなく、高効率なサイクルで運転し、省エネ性に優れている。
【００１２】
第２の発明は、特に、第１の発明の給湯負荷が停止しても、ヒートポンプサイクルの運転を開始してから停止するまで所定時間継続するもので、ヒートポンプサイクルの運転時間が短いと立ち上がりのロスの比率が大きくなるが、所定時間継続後に、ヒートポンプサイクルの運転を停止するように制御することで、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３の発明は、特に、第１または２の発明の給湯用熱交換器の水入口に、入水温度検出手段を設け、給湯負荷が停止しても、前記入水温度検出手段で検出した入水温度が所定温度になるまで、ヒートポンプサイクルの運転を継続するもので、高入水温での効率の悪い運転を削減できるので、さらに、省エネ性に優れている。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１または２の発明の蒸発器の吸い込み温度を検出する外気温度検出手段を設け、給湯負荷が停止しても、入水温度検出手段で検出した入水温度が、前記外気温度検出手段で検出した外気温度に応じて決定された所定温度になるまで、ヒートポンプサイクルの運転を継続するもので、高入水温での効率の悪い運転を削減できるので、さらに、省エネ性に優れている。
【００１５】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明の蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路から成るもので、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６の発明は、特に、第１〜５のいずれか一つの発明の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。
【００１９】
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。
【００２０】
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２６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２４Ａを設置している。
【００２１】
本実施の形態におけ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの入口側には、給湯用熱交換器２２に流入する水の温度を検出する入水温度検出手段２２Ｂを設置している。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、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。
【００２４】
コントローラ５０は、圧縮機運転時間検出手段５１、温度検出手段５２、圧縮機制御手段５３から成り、圧縮機２１の停止のタイミングを制御する。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、潜熱蓄熱材３２と熱交換し、潜熱蓄熱材３２の温度は上昇するとともに、流入した高温の湯は低温の水となり、循環し、蓄熱ユニット３１で蓄熱する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
まず、電源がＯＮされ（ステップ１）、次に、蓄熱運転モードかどうか判断される（ステップ２）。蓄熱運転モードとは、蓄熱ユニット３１に蓄熱する運転モードであり、ステップ２で、Ｙｅｓの場合、圧縮機制御手段５３で圧縮機２１がＯＮされ（ステップ３）、ヒートポンプサイクル２０が運転を開始し、蓄熱ユニット３１に蓄熱し、終了条件になるまで運転を継続する。ここでは、蓄熱運転モードの終了条件は省略する。
【００３２】
次に、ステップ２で、Ｎｏの場合、圧縮機運転時間検出手段５１で、圧縮機運転時間Ｔｃ＝０が設定される（ステップ４）。次に、第二上部配管４０から給湯されているか、例えば、第二上部配管４０に取り付けてある流量センサー（図示せず）、または温度センサー（図示せず）の出力等で、給湯負荷の有無が判断される（ステップ５）。
【００３３】
ステップ５で、Ｙｅｓの場合、圧縮機制御手段５３で圧縮機２１がＯＮされ、ヒートポンプサイクル２０が運転を開始するとともに、圧縮機運転時間Ｔｃが加算される（ステップ６）。次に、給湯負荷が継続されているか判断される（ステップ７）。給湯負荷が継続されている場合、圧縮機２１は運転し続けるとともに、圧縮機運転時間Ｔｃが加算される。給湯負荷がなくなった場合、すなわちステップ７で、Ｎｏの場合、温度検出手段５２の１つである外気温度検出手段２４Ａで外気温度Ｔｏを、もう１つの入水温度検出手段２２Ｂで入水温度Ｔｉｎを検出する（ステップ８）。次に、圧縮機運転時間Ｔｃが、所定時間（例えば、１０分）以上かつ入水温度Ｔｉｎが（表１）で示す所定温度以上になっているか判断される（ステップ９）。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
ステップ９で、Ｎｏの場合、ステップ６に戻り、圧縮機運転時間Ｔｃが加算され、ステップ９でＹｅｓとなるまで、圧縮機２１は運転を継続する。ステップ９で、Ｙｅｓの場合、圧縮機制御手段５３で圧縮機２１はＯＦＦされ、ヒートポンプサイクル２０が運転を停止するとともに、圧縮機運転時間Ｔｃは０にリセットされる（ステップ１０）。
【００３６】
ここでは、圧縮機１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１の回転数を設定している。また、膨張弁２３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２３の開度制御を行っている。
【００３７】
従って、給湯負荷が発生した場合、ヒートポンプサイクル２０で加熱したお湯を優先的に給湯に利用し、蓄熱ユニット３１で熱交換してできたお湯で補足し給湯するため、給湯用熱交換器２２に入る水は、蓄熱ユニット３１からの戻り水ではなく、水道管等から供給される水となり、水温が上昇することはなく、高効率なサイクルで運転し、省エネ性に優れている。また、ヒートポンプサイクル２０の運転時間が短いと立ち上がりのロスの比率が大きくなるため、所定時間（例えば、１０分）継続後かつ、入水温度を検出して高入水温での効率の悪い運転を削減できるようにしているので、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、本実施の形態では、一つの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例にして説明したが、２つ以上のヒートポンプサイクル２０を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
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に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】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１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】
【００４３】
２０  ヒートポンプサイクル
２１  圧縮機
２２  給湯用熱交換器
２３  膨張弁（絞り装置）
２４  蒸発器
２６  配管
３１  蓄熱ユニット
３８  循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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