(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、第一のポンプを有して前記ヒートポンプ熱源で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路と、第二のポンプを有して前記タンク内の下部と上部を連通し水を循環攪拌する攪拌流路と、使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段とを備え、深夜時間帯になると前記第二のポンプを駆動することにより前記攪拌流路を通じて攪拌運転を実行するヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、第一のポンプを有して前記ヒートポンプ熱源で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路と、使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段とを備え、ヒートポンプ熱源を動作させずに前記第一のポンプを駆動することにより前記加熱流路を通じて攪拌運転を実行するヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯用のタンクを備えるヒートポンプ給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｒ２２などの冷媒を使用するヒートポンプ給湯機が公知である。この種のヒートポンプ給湯機としては、図６に示すように、給湯用水を貯留するタンク１、給湯用水の加熱手段であるヒートポンプ熱源２、タンク１とヒートポンプ熱源２とを接続する流水配管３、この流水配管３に給湯用水を循環させるポンプ４等より構成される。
【０００３】
ヒートポンプ熱源２は、圧縮機５、給湯用熱交換器６、膨張弁７、室外熱交換器８、アキュムレータ９を順次冷媒配管１０により接続して構成され、冷媒が充填されている。給湯用熱交換器６は、圧縮機５より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路６ａと、給湯用水が流れる給湯用水通路６ｂとを有している。膨張弁７は、給湯用熱交換器６から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧装置で、室外熱交換器８は、膨張弁７で減圧された冷媒をファン１１によって送風される外気との熱交換によって蒸発させる。アキュムレータ９は、室外熱交換器８で蒸発した冷媒を気液分離して液冷媒を貯留し、気相冷媒のみを圧縮機５に吸引させ、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。流水配管３は、給湯用熱交換器６の給湯用水通路６ｂに接続される冷水管３ａと温水管３ｂとで構成され、冷水管３ａの上流端がタンク１の底面に接続され、温水管３ｂの下流端がタンク１の天面に接続されている。ポンプ４は、冷水管３ａ（温水管３ｂでも良い）に設けられ、通電されて回転することにより、タンク１内の給湯用水を流水配管３に流通させる。なお、給湯用水の流通方向は、図に矢印で示すように、タンク１内の下部→冷水管３ａ→給湯用熱交換器６の給湯用水通路６ｂと流れ、ここでヒートポンプ熱源２により加熱されて温水となり、給湯用水通路６ｂ→温水管３ｂ→タンク１内の上部へと流れる。また、タンク１の底面には、タンク１内に給水するための給水配管１２が接続され、タンク１の天面には、タンク１内に蓄えられた給湯用水（温水）を使用者に供給するための給湯配管１３が接続されている。
【０００４】
一般に、このような貯湯式の給湯機では、タンクに蓄えられた温水を直接給湯用として使用する場合、衛生面上から温水の温度（貯湯温度）を６０℃以上としたり、タンクを小型化するために冷媒の特性上可能な限り高温（Ｒ２２では６５℃、二酸化炭素冷媒では例えば９０℃）に加熱してタンク１に貯湯する。そして、ヒートポンプ熱源２は電力料金の安い深夜時刻帯に運転されてタンク１内をすべて温水に加熱し、翌朝から夜にかけて給湯使用される運転方法が主になっており、タンク内に深夜貯湯した熱量を給湯負荷が上回りタンク１内の温水が不足することがないように、その加熱温度とタンク１の容量が設定されている。なお、給湯負荷とは、給湯使用に必要な温水を得るために要する熱量のことであり、例えば、同一の温水温度及び温水量を得るためには、供給水温が低いほど、必要熱量は増大する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のヒートポンプ給湯機は、給湯使用時にタンク内の温水不足が発生しないように常にタンク１内に温水を残しているため、一日の給湯使用が終了した深夜加熱直前にもタンク１内に残湯がある。この残湯はタンクからの放熱により設定加熱温度よりも温度低下しているので、残湯も合わせて深夜時刻帯にタンク内すべてを加熱する際に、温度低下した残湯が流水配管３ａを通ってヒートポンプ熱源２に供給されると、ヒートポンプで設定温度まで昇温する時の運転効率は非常に悪くなるという課題を有していた。図７に示すように、水温が上昇するとヒートポンプの運転効率ＣＯＰは非常に悪化する。特に、二酸化炭素を冷媒としたヒートポンプ熱源は顕著に低下する。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、タンク内に残る中温から高温の湯をなくして高効率にヒートポンプ貯湯運転をおこない、給湯にかかる光熱費を低減したヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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機は、貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、第一のポンプを有して前記ヒートポンプ熱源で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路と、第二のポンプを有して前記タンク内の下部と上部を連通し水を循環攪拌する攪拌流路と、使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段とを備え、深夜時間帯になると前記第二のポンプを駆動することにより前記攪拌流路を通じて攪拌運転を実行するヒートポンプ給湯機とする。
【０００８】
また、貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、第一のポンプを有して前記ヒートポンプ熱源で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路と、使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段とを備え、
ヒートポンプ熱源を動作させずに前記第一のポンプを駆動することにより前記加熱流路を通じて攪拌運転を実行するヒートポンプ給湯機とする。
【０００９】
これによって、昼間に給湯使用した後の残湯が、深夜の加熱前にタンク内に残っていても、これを高温のまま再加熱せずに、攪拌流路の搬送手段Ａの運転により残湯をタンク下方の低温の給水と攪拌混合し十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすことができるので、ヒートポンプ熱源で加熱する際の供給温度が低くなり、加熱運転の効率が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、第一のポンプを有して前記ヒートポンプ熱源で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路と、第二のポンプを有して前記タンク内の下部と上部を連通し水を循環攪拌する攪拌流路と、使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段とを備え、深夜時間帯になると前記第二のポンプを駆動することにより前記攪拌流路を通じて攪拌運転を実行するヒートポンプ給湯機とすることにより、昼間給湯使用した後の残湯が、深夜の加熱前にタンク内に残っていても、これを高温のまま再加熱せずに、攪拌流路の搬送手段Ａの運転により残湯をタンク下方の低温の給水と混合し、十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすことができるので、ヒートポンプ熱源で加熱する際の供給温度が低くなるので運転効率が向上し運転の省電力化が図れ、給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、貯湯用のタンクと、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を有し前記タンク内の水を加熱するヒートポンプ熱源と、第一のポンプを有して前記ヒートポンプ熱源で加熱された水を前記タンク内の上部へ戻す加熱通路と、使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段とを備え、ヒートポンプ熱源を動作させずに前記第一のポンプを駆動することにより前記加熱流路を通じて攪拌運転を実行するヒートポンプ給湯機とすることにより、この場合は、ヒートポンプ熱源で加熱する際の供給温度が低くなるので運転効率が向上し運転の省電力化が図れ、給湯にかかる光熱費を低減することができることに加え、機器コストを下げることができる。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるヒートポンプ給湯機の構成の模式図を示すもので、図２は同実施例のヒートポンプ給湯機における流入水の水温とそれを加熱したときの運転効率（ＣＯＰ）特性を示すものである。
【００１４】
図１において、３１は給湯用水を貯留するタンク、３２は給湯用水の加熱手段となる熱源であるヒートポンプユニットであり、３３はタンク３１とヒートポンプユニット３２とを接続する流水配管、３４は給湯用水を循環させる第一のポンプである。ヒートポンプユニット３２は、圧縮機３５、給湯用熱交換器３６、膨張弁３７、室外熱交換器３８を順次冷媒配管３９により接続して構成され冷媒が充填されたヒートポンプ回路とファン４０を備えている。ここで本実施例においては、冷媒に二酸化炭素冷媒を使用した。給湯用熱交換器３６は、圧縮機３５より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換する放熱器で、冷媒が流れる冷媒通路３６ａと、給湯用水が流れる給湯用水通路３６ｂとを有している。膨張弁３７は、給湯用熱交換器３６から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧手段で、室外熱交換器３８は、膨張弁３７で減圧された冷媒をファン４０によって送風される外気との熱交換によって蒸発させる。
【００１５】
流水配管３３は、給湯用熱交換器３６の給湯用水通路３６ｂに接続される流入管３３ａと流出管３３ｂとで構成され、流入管３３ａの上流端がタンク３１の底面に接続され、流出管３３ｂの下流端がタンク３１の天面に接続されている。第一のポンプ３４は、ヒートポンプユニット３２内の流入管３３ａ（流出管３３ｂでも良い）に設けられ、通電されて回転することにより、タンク３１内の給湯用水を流水配管３３に流通させる。なお、給湯用水の流通方向は、図に矢印で示すように、タンク３１内の下部→流入管３３ａ→給湯用熱交換器３６の給湯用水通路３６ｂと流れ、ここでヒートポンプユニット３２により加熱されて温水となり、給湯用水通路３６ｂ→流出管３３ｂ→タンク３１内の上部へと流れ、タンク３１に温水が貯められていく。また、タンク３１の底面には、給水圧を加えながらタンク３１に市水を供給するための給水配管４１が接続され、タンク３１の天面には、タンク３１内に貯えられた給湯用水（温水）を使用者に供給するための給湯配管４２が接続され、その先端には台所、洗面、浴室などの複数の蛇口４３が設けられている。
【００１６】
タンク３１の壁面には、温度検知手段である３個のサーミスタ４４、４５、４６がそれぞれ異なる高さに配置されている。具体的には、第１サーミスタ４４、第２サーミスタ４５、第３サーミスタ４６の順に、図における上部から下部に向かって所定の間隔を置いて配置されている。また、流出管３３ｂの給湯用熱交換器３６の出口近傍には出口サーミスタ４７が、流入管３３ａの給湯用熱交換器３６の入口側には入口サーミスタ４８が設けられ、各サーミスタ４４、４５、４６および４７、４８の検出信号は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュータ（図示せず）を用いて構成された制御手段４９にそれぞれ入力されるよう構成されている。５０はヒートポンプ給湯機の遠隔操作を行うリモコンであり、リモコン５０は信号用のケーブル５１で制御手段４９と有線接続されている。
【００１７】
上記構成のヒートポンプ給湯機の運転動作のうちの湯沸かし運転について説明する。まず、制御手段４９が電気的に接続された冷媒回路中の圧縮機３５を駆動し、給湯用熱交換器３６を放熱器として機能させると共に、室外熱交換器３８を蒸発器として機能させる。次に、水系統回路における第一のポンプ３４を作動させる。すると、タンク３１の底部から貯留水が流出し、前述した水の流れの通り、これが流入管３３ａを介して給湯用熱交換器３６の水通路３６ｂを流通する。そのときこの水は放熱器として機能している給湯用熱交換器３６によって加熱され流出管３３ｂを通って再びタンク３１内の上部へと返流される。そしてこのような動作を継続して行うことによって、タンク３１の上端側から下端側へと高温湯が次第に貯留されるように構成されている。この湯沸かし運転においては、出口サーミスタ４７が給湯用熱交換器３６で加熱された高温湯の温度を検出し、電気的に接続された制御手段４９が高温湯の温度を決定した所定値（例えば二酸化炭素冷媒では加熱温度８５℃に設定）になるように、この検出信号に基づき運転制御する。そして入口サーミスタ４８がタンク３１から流入する水の温度を検出し、タンクからの流入温度が所定の加熱終了温度（例えば、設定加熱温度８５℃から１０度引いた７５℃）より高温になると、その信号に基づき制御手段４９はタンク３１全量が高温湯となったと判断し、湯沸かし運転を停止する。この湯沸かし運転は、通常は深夜電気料金制度を利用して電気料金の安い深夜時刻帯に行い、日中の給湯量を賄うように湯を沸かして貯めることで給湯コストを低減するようにしている。
【００１８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機において、前述したような湯沸かし運転によりタンク３１の全量（例えば、３００リットルタンクであれば３００リットル）が高温湯となって貯められた状態から、給湯使用により湯量が減少してくる。給湯使用する際は、使用者が最寄りのリモコン５０を操作して給湯を要求する。すると、この給湯要求信号はケーブル５１を経て制御手段４９に伝わる。蛇口からの出湯の場合、蛇口４３を開栓すると給水配管４１を流れる水の給水圧によってタンク３１内に貯留された約８５℃の高温湯が押し上げられ、給湯配管４２を通って使用する蛇口４３に供給される。給湯使用後のタンク３１内は、水温による比重差によって、タンク内上部は高温湯の高温層Ｗ１、下部は給水が加熱されず低温のままの低温層Ｗ３、高温層Ｗ１と低温層Ｗ３の間に挟まれた薄い層をなす中間温度の中温層Ｗ２に自然に分離されており、上から高温層Ｗ１、中温層Ｗ２、低温層Ｗ３の３層構造となる。
【００１９】
ところで、上記に示したようにタンク３１には３個のサーミスタ４４、４５、４６がそれぞれ異なる高さ位置に配置されており、タンク３１内を３つに区分して湯温を検出できるようになっている。すなわち、図における上方部から下方部に向かって、第１サーミスタ４４は最小残湯量を、第２サーミスタ４５は大出湯を、第３サーミスタ４６は最大貯湯量をそれぞれ検知するよう設けられ、各位置の湯温を検出している。また、各サーミスタ４４、４５、４６および４７の検出信号は、制御手段４９にそれぞれ入力されるよう構成されており、制御手段４９は所定時間内に入力される各検出信号の温度変化から適切な給湯運転制御を選択して、運転指令を発する機能を有している。そして、残湯量が所定の最小湯量（例えば、前記３００リットルタンクであれば１００リットル）以下になると、ヒートポンプユニット３２を運転して沸き増しを行う。具体的には、タンク３１の第１サーミスタ４４で検知される湯温ｔｗが、基準温度ｔｓ０（例えば、５０℃）よりも低くなると、その検出信号を受けて制御手段４９は沸き増し運転開始の判定を行う。そして、制御手段４９はヒートポンプユニット３２の運転を要求し、第一のポンプ３４と圧縮機３５を駆動し沸き増し運転を行う。そして、第１サーミスタ４４で検知される湯温ｔｗが設定加熱温度（例えば、８５℃）に達すれば、運転を停止するというような制御を繰り返し行うことによって、上記一定の残湯量を維持するよう制御される。
【００２０】
次に、本発明の実施例の特徴的なタンク内の攪拌流路とその制御について説明する。５２は攪拌流路であり、上流端がタンク３１の底面に接続され、途中に設けた第二のポンプ５３を経て、下流端がタンク３１の天面に接続され、タンク内の下部と上部が連通されている。この攪拌流路５２は、給水配管４１から流入しタンク３１の下部に貯留している低温の水を、第二のポンプ５３を駆動してタンク３１の上部に搬送し、タンク上部の高温湯を冷却しながら攪拌することができるものである。制御手段４９には現在時刻を出力するクロック５４が設けられており、またリモコン５０には使用者が一日の給湯使用が終了すると給湯使用の終了を確定してタンク内の攪拌許可を設定する給湯終了設定手段である給湯終了スイッチ５５が設けられている。
【００２１】
そして使用者が、一日の給湯使用が終了してリモコン５０の給湯終了スイッチ５５を押すと、制御手段４９は攪拌運転の待機モードに入り、クロック５４の出力が深夜時刻帯になるまで待機する。一日の給湯使用が終了した夜の時点では、上記のように沸き増し運転が行われることにより、最小残湯量以上の湯量がタンク３１内に残されている。深夜の湯沸かし運転開始直前には、この残湯はタンクからの放熱により温度低下しており、特に沸き増し運転で使用される第１サーミスタ４４が設けられている位置の下部には、前日深夜に沸かされて約一日放熱していた湯があり、設定加熱温度（例えば、８５℃）よりもいくらか温度低下している。そこで、時間が経過して深夜時刻帯に入ると、制御手段４９は、タンク３１内の湯温検出手段である第２サーミスタ４５の検出温度ｔｍが所定の温度ｔｓ０（例えば、設定加熱温度８５℃から１０度引いた７５℃）より低温であるｔｍ＜ｔｓ０の場合に、給湯負荷を賄うために再加熱が必要なので攪拌運転を許可し、第二のポンプ５３を駆動して攪拌流路の運転を開始する。この攪拌流路の運転により、給水配管４１から流入したタンク３１内の下部にある低温の水がタンク上部へ搬送され、水流によりタンク上部の比較的高温の残湯と混合されて温度は略均一化が進みタンク上部の湯温が低下する。例えば、第２サーミスタ４５の検出温度ｔｍが５０℃で、タンク上半分の平均温度が６５℃、下半分の温度が給水温度とほぼ等しい５℃であったとすると、攪拌運転によりタンク３１内全量が均一化すると３５℃になる。本実施例におけるヒートポンプユニット３２の運転効率ＣＯＰが、入口サーミスタ４８の水温に対して図２に示すようなＣＯＰ値をとる場合、攪拌後の湯沸かし運転は３００リットルをＣＯＰ１．５で運転することとなり、消費電力量は（湯沸かし水量×（設定加熱温度ー水温）÷ＣＯＰ÷８６０）で計算されるので、３００×（８５−３５）÷１．５÷８６０＝１１．６キロワット時となる。一方、攪拌せずに湯沸かし運転をした場合は、タンク下半分をＣＯＰ２．５で沸かして５．６キロワット時、タンク上半分をＣＯＰ０．５で沸かして７．０キロワット時となり、合計すると１２．６キロワット時と、９％程度余計に電力を消費することとなる。別の例として、タンク３１の上５０リットルが６５℃で、下２５０リットルが５℃であった場合は、攪拌実施による差がさらに顕著となり、３０％弱ほどの消費電力の差が生じる。このように、タンク３１内の下部と上部の間で水を循環させることによりタンク３１内の水を攪拌しタンク内の温度を略均一化する攪拌流路５２を備え、昼間給湯使用した後の残湯が深夜の加熱前にタンク内に残っていても、これを高温のまま湯沸かし運転で再加熱せずに、攪拌流路５２の第二のポンプ５３の運転により残湯をタンク下方の低温の給水と混合し、十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすことができるので、ヒートポンプユニット３２で加熱する際の供給温度が低くなって運転効率が向上し運転の省電力化が図れ、給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【００２２】
攪拌流路の運転中は、前述のＷ１、Ｗ２、Ｗ３の３層構造において、タンク上部で低温水と攪拌混合された混合湯はＷ３領域の水温よりもいくらか高温であるので、混合湯は比重の大きいＷ３領域に下降せず、およそＷ１からＷ２までの領域で攪拌流路５２の運転による攪拌が生じる。一方、３層構造のうちの低温であるＷ３領域の水をタンク上部に搬送するので、低温層Ｗ３が減少する。攪拌のために低温層Ｗ３領域の水をすべてタンク上部に搬送し終えると、タンク３１の下部に設けた第３サーミスタ４６の位置で低温水がなくなって混合湯に変わるので、第３サーミスタ４６の検出温度ｔ１が上昇する。ｔ１が所定の温度ｔｓ１（例えば、３０℃）を超えたｔ１＞ｔｓ１になった場合に制御手段４９は攪拌運転を終了し、第二のポンプ５３を停止する。このように、高温層Ｗ１、中温層Ｗ２、低温層Ｗ３ができているとき、低温水より高温の混合湯は比重の大きいＷ３領域に下降せずＷ１からＷ２までの領域で攪拌流路５２の運転による攪拌が生じるので、攪拌のために低温層Ｗ３領域の水をタンク上部に攪拌流路５２で搬送し終え攪拌が完了したことをタンク下部温度により検出し、搬送手段である第二のポンプ５３の駆動を停止できるので、必要以上に攪拌流路５２の運転を継続することなく搬送手段の駆動動力を節約して給湯機の運転を効率化し、給湯のための運転費を節約できる。
【００２３】
攪拌運転が終了すると、深夜の湯沸かし運転を開始する。流水配管３３がタンク３１内の下部から水を取り出してヒートポンプユニット３２へ供給し、この水をヒートポンプユニット３２で加熱してタンク内の上部へ戻す加熱通路構成となっているので、攪拌運転によりタンク内全域の湯を温度低下させた後の湯沸かし運転の過程において、水をタンク内の下部から取り出してヒートポンプ熱源で加熱しタンク内の上部へ戻すことで、タンク内に高温の上部層と低温の下部層に分かれる温度成層を形成することができるので、一度ヒートポンプ熱源を通って加熱された湯を再び加熱することなく、低温度水だけの加熱を確実に行い運転効率が向上して給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【００２４】
そして、ヒートポンプ回路に封入する冷媒を二酸化炭素とすることによって、高温湯を高効率に沸上げタンクに貯湯することができる。また、加熱前の給湯用熱交換器３６への供給水温が高温の場合二酸化炭素冷媒では運転効率の低下が顕著であるため、タンク内の攪拌により温度低下させることで運転効率の向上効果が大きくなり、給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【００２５】
なお本実施例では、タンク内下部の水温である検出温度ｔ１が、所定の温度ｔｓ１を超えたｔ１＞ｔｓ１の場合に攪拌流路５２の攪拌運転を終了する制御方法を説明したが、攪拌後の湯沸かし運転の必要加熱時間を制御手段４９が算出し、深夜時刻帯に湯沸かし運転が終了するように必要加熱時間を優先して攪拌運転を終了する、すなわち必要加熱時間が十分に短い場合はタンク内下部の水温に基づき攪拌流路５２の運転を終了し、必要加熱時間が長い場合は攪拌運転が不十分であっても終了し優先的に湯沸かし運転が深夜時刻帯内に終了するように運転してもよい。
【００２６】
また、本実施例ではこの攪拌流路５２を、給水配管４１から流入しタンク３１の下部に貯留している低温の水を、第二のポンプ５３を駆動してタンク３１の上部に搬送し、タンク上部の高温湯を冷却しながら攪拌することができるものとしたが、逆にタンク上部から水を取り出してタンク下部に戻すように第二のポンプ５３を設けて駆動しても、タンク内を攪拌混合することができる。
【００２７】
また、攪拌流路５２と、その搬送手段Ａである第２のポンプの５３の代わりに、加熱通路である流水配管３３と、その搬送手段Ｂである第１のポンプ３４でヒートポンプユニット３２を運転せずに駆動することで、タンク３１内を攪拌してもよく、この場合は、機器コストを下げることができる。
【００２８】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例における給湯機であるヒートポンプ給湯機の構成の模式図を示すもので、図４は同実施例のヒートポンプ給湯機における動作を説明する制御フローチャートを示すものである。
【００２９】
図３において、図１と同符号のものは相当する構成要素であり、詳細な説明は省略する。図において、ヒートポンプ熱源での加熱通路とタンク３１の攪拌流路を兼ねる流水配管５６は、給湯用熱交換器３６の給湯用水通路３６ｂに接続される流入管５６ａと流出管５６ｂとで構成され、流入管５６ａの上流端がタンク３１の底面に接続され、流出管５６ｂの下流端がタンク３１の天面に接続されている。第三のポンプ５７は、ヒートポンプユニット３２内の流入管５６ａ（流出管５６ｂでも良い）に設けられ、通電されて回転することにより、タンク３１内の給湯用水を流水配管５６に流通させる。５８はタンク３１内の上部に設けた風呂熱交換器であり、浴槽５９に接続された往き管６０と戻り管６１および風呂ポンプ６２とで循環路を構成し、風呂ポンプ６２を駆動することで浴槽５９内の湯とタンク３１内上部の高温湯とが熱交換できるようになっている。６３は風呂追焚き運転Ａであり、浴槽５９の湯を風呂ポンプ６２を介して風呂熱交換器５８へ流して追焚き運転する。６４は風呂追焚き運転Ｂであり、貯湯槽３１上部の高温湯を給湯配管４２、電磁開閉弁６５を介して浴槽５９へ出湯する。６６はリモコン５０に設けられた追焚き運転の指令手段である。
【００３０】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機において、以下その動作、作用のうち浴槽の湯温を上昇させる追焚き運転について説明する。使用者が入浴に際して指令手段６６を操作して制御手段４９が追焚き指令を検出したとき、残湯量検出手段である第１サーミスタ４４と第２サーミスタ４５とによりタンク３１の所定位置のそれぞれの検出温度から残湯量を求め、この残湯量に基づき風呂追焚き運転Ａ６３か風呂追焚き運転Ｂ６４かを選択する。具体的には、第１サーミスタ４４の検出温度と第２サーミスタ４５の検出温度が共に高温（例えば共に８５℃前後）である場合は、残湯量が設定湯量よりも十分に多いので風呂追焚き運転Ｂを選択し、電磁開閉弁６５を開弁してタンク３１の高温湯を給湯配管４２、電磁開閉弁６５を介して浴槽５９へ注湯することで追焚き運転する。一方、第１サーミスタ４４の検出温度は高温であるが、第２サーミスタ４５の検出温度が低温（例えば４０℃）である場合は、残湯量が設定湯量よりも少ないので風呂追焚き運転Ａを選択する。そして、風呂ポンプ６２を運転し浴槽５９の湯を風呂熱交換器５８へ流してタンク３１の高温湯と熱交換し、高温にして浴槽５９に戻して追焚き運転する。この風呂追焚き運転Ａを行ったときは、熱交換したタンク３１内の湯温は低下する。１日の給湯使用量が少ない場合、あるいは前日の低温となった浴槽水を再度沸上げて利用する場合にはタンク３１に多量の残湯がある。特に、前日の低温となった浴槽水を再度沸上げて利用する場合には、タンク３１から浴槽５９へ出湯しないため多量の残湯がある。これらの場合に風呂追焚き運転Ａを行うと、追焚き後に多量の中間温度の湯がタンク３１に残るため、ヒートポンプ熱源であるヒートポンプユニット３３で湯沸かし運転する際に効率が非常に悪くなる。しかし、本発明では、高温の湯が設定湯量より多量にある場合、先ずタンク３１の残湯を浴槽５９へ注湯して追焚きに利用しタンク３１内の残湯量を少なくする。そして、家族の入浴とともにこの追焚き運転Ｂを繰り返すことによって、タンク３１の残湯量が少なくなって残湯量が設定湯量以下に達すると、その後、浴槽５９の追焚き運転の指令を検出した時、風呂追焚き運転Ａを行うので、湯沸かし運転前にタンク３１に残った中間温度の湯量が少なくなる。このように、一日の給湯使用量が少なく多量の高温残湯があるときに浴槽の追焚き指令があった場合、先ず浴槽５９へタンク内の高温湯（例えば８５℃）を出湯して浴槽水を昇温する。そして、風呂追焚き運転Ａおよび風呂追焚き運転Ｂをしながら、残湯を減らし、風呂熱交換器５８を用いた風呂追焚き運転Ａによる中間温度の湯がタンク内に多量に残らないようにできるので、攪拌流路の第三のポンプ５７の運転による温度低下の効果が大きくなり、より低温の水を再加熱する結果となるので運転効率が向上し、給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【００３１】
また、浴槽加熱用の風呂熱交換器５８を設けているので、深夜電力を利用してヒートポンプ熱源により加熱しタンク３１内に貯めた湯の熱を利用して浴槽の追焚きも可能となり、深夜電力の料金も安く加熱の運転効率も高いので、浴槽追焚きにかかる光熱費も低減できる。そして、給湯使用後の深夜にタンク３１内を再加熱する湯沸かし運転の際に、浴槽５９の湯との熱交換により高温から中間温度に放熱したタンク３１内の残湯を攪拌流路の運転により温度低下させることができるので、中間温度の湯を再加熱するよりも運転効率が向上し、給湯にかかる光熱費をさらに低減することができる。
【００３２】
前述の風呂追焚き運転も含めて一日の給湯使用が終了すると、使用者が給湯終了スイッチ５５を押し、制御手段４９はクロック５４の出力が深夜時刻帯になるまで攪拌運転の待機モードに入る。そして深夜の湯沸かし運転前になると、制御手段４９は、タンク３１内の湯温検出手段である第１サーミスタ４４の湯沸かし前検出温度ｔ２が所定の温度ｔｓ２（例えば、設定加熱温度４５℃）より高温であるｔ２＞ｔｓ２の場合に攪拌運転を許可し、第三のポンプ５７を駆動して攪拌流路の運転を開始する。タンク３１内の残湯は、前述の風呂追焚き運転Ａが行われていると中間温度まで温度低下しており、このときの残湯の温度と量が例えば５０℃で１５０Ｌであり、タンク下半分の温度が給水温度とほぼ等しい５℃であったとすると、攪拌運転によりタンク３１内全量の温度が均一化すると２７．５℃になる。本実施例におけるヒートポンプユニット３２の運転効率ＣＯＰが、入口サーミスタ４８の水温に対して図２に示すようなＣＯＰ値をとる場合、攪拌後の湯沸かし運転を消費電力量１１．５キロワット時で行うこととなる。一方、攪拌せずに湯沸かし運転をした場合は、タンク下半分をＣＯＰ２．５で沸かして５．６キロワット時、タンク上半分をＣＯＰ１．０で沸かして６．１キロワット時となり、合計すると１１．７キロワット時と、少し余計に電力を消費することとなる。残湯の温度がこの例よりも高温であれば、攪拌実施による消費電力の低減効果がさらに顕著となる。このように、タンク３１内の残湯が所定値であるｔｓ２より低い比較的低温水のときは、ヒートポンプ熱源で再加熱するときの運転効率ＣＯＰの悪化も僅少なので、タンク下部の給水を高ＣＯＰで加熱した分と残湯を再加熱した分との平均ＣＯＰは、攪拌して加熱運転した場合よりも高効率になる。一方、タンク内の残湯が所定値であるｔｓ２より高温のｔ２＞ｔｓ２の場合は攪拌流路の運転による温度低下の効果により加熱運転の効率が向上し、運転の省電力化が図れ給湯のための運転費を節約できる。
【００３３】
そして、攪拌流路は加熱通路と兼用の流水配管５６であるので、攪拌手段として新たに部材を設けることなくヒートポンプ熱源の加熱用回路構成をそのまま兼用でき、機器価格が高くならずに光熱費が低減できる経済性の優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。
【００３４】
なお本実施例では、残湯量検出手段として第１サーミスタ４４と第２サーミスタ４５とによりタンク３１の所定位置のそれぞれの検出温度から残湯量を求めるものを説明したが、多数の温度検出手段の設置間隔を密にしたものや、流量センサーを設けて検出するものなどでもよく、種々のものが考えられる。
【００３５】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例における給湯機であるヒートポンプ給湯機の要部構成図を示すものである。
【００３６】
図５において、図１および図３と同符号のものは相当する構成要素であり、詳細な説明は省略する。図において、６７はタンク３１の外部に設けた風呂熱交換器であり、タンク側とは第四のポンプ６８を設けた配管６９と接続されてタンク上部と循環路を形成している。一方、浴槽側は浴槽５９に接続された往き管６０と戻り管６１および風呂ポンプ６２とで循環路を構成し、風呂ポンプ６２を駆動することで浴槽５９内の湯とタンク３１内上部の高温湯とが熱交換できるようになっている。
【００３７】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機において、以下その動作、作用について説明する。使用者が入浴に際して指令手段６６を操作して制御手段４９が追焚き指令を検出したとき、制御手段４９は残湯量に基づき風呂追焚き運転Ａ６３か風呂追焚き運転Ｂ６４かを選択する。風呂追焚き運転Ｂを選択した場合は、電磁開閉弁６５を開弁してタンク３１の高温湯を浴槽５９へ注湯することで追焚き運転する。一方、風呂追焚き運転Ａを選択した場合は、第四のポンプ６８および風呂ポンプ６２を運転し、タンク３１上部の高温湯と浴槽５９の湯を風呂熱交換器６７へ流して熱交換し、浴槽５９の湯を高温にして浴槽５９に戻して追焚き運転する。この風呂追焚き運転Ａを行ったときは、熱交換したタンク３１内の湯温は風呂熱交換器６７で放熱して温度低下しタンク内に戻されるので、タンク３１内の湯が中間温度に低下する。しかし、本発明では、一日の給湯使用量が少なく多量の高温残湯があるときに浴槽の追焚き指令があった場合、先ず浴槽５９へタンク内の高温湯（例えば８５℃）を出湯する追焚き運転Ｂにより浴槽水を昇温する。そして、風呂追焚き運転Ａおよび風呂追焚き運転Ｂをしながら残湯を減らし、風呂熱交換器６７を用いた風呂追焚き運転Ａによる中間温度の湯がタンク内に多量に残らないようにできるので、攪拌流路の運転による温度低下の効果が大きくなるので運転効率が向上し、給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【００３８】
また、浴槽加熱用の風呂熱交換器６７を設けているので、深夜電力を利用した湯の熱を利用して浴槽の追焚きも可能となり、浴槽追焚きにかかる光熱費も低減できる。そして、給湯使用後の深夜の湯沸かし運転の際に、中間温度に放熱したタンク３１内の残湯を攪拌流路の運転により温度低下させることができるので運転効率が向上し、給湯にかかる光熱費をさらに低減することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、昼間給湯使用した後の残湯が、深夜の加熱前にタンク内に残っていても、攪拌流路により残湯を高温のまま再加熱せずに、タンク下方の低温の給水と攪拌混合し十分に温度低下させた後にタンク全量を沸かすことができるので、ヒートポンプ熱源で加熱する際の供給温度が低くなり、効率化による運転の省電力化が図れ、給湯にかかる光熱費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】  本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の運転効率特性図
【図３】  本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】  本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の動作を説明するフローチャート
【図５】  本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の要部構成図
【図６】  従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【図７】  従来のヒートポンプ給湯機の運転効率特性図
【符号の説明】
３１  タンク
３２  ヒートポンプユニット（ヒートポンプ熱源）
３３  流水配管（加熱通路）
３３ａ  流入管
３３ｂ  流出管
３４  第一のポンプ（攪拌手段Ｂ）
３５  圧縮機
３６  給湯用熱交換器（放熱器）
３７  膨張弁（減圧手段）
３８  室外熱交換器（蒸発器）
４４  第１サーミスタ（湯温検出手段、残湯量検出手段）
４５  第２サーミスタ（残湯量検出手段）
４６  第３サーミスタ（水温検出手段）
４９  制御手段
５２  攪拌流路
５３  第二のポンプ（搬送手段Ａ）
５６  流水配管（加熱通路、攪拌流路）
５７  第三のポンプ（搬送手段Ｂ）
５８  風呂熱交換器
５９  浴槽
６０  往き管
６１  戻り管
【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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【図６】
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【図７】
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