(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と第1の放熱器と第2の放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記第1の放熱器と熱交換を行う給湯水流路と、前記第2の放熱器と熱交換を行う風呂水流路とを有し、前記給湯水流路は水道水を給水する給水管と連結され、前記冷媒循環回路と熱交換を行う前記第1の放熱器と第2の放熱器を並列に配置するとともに、給湯端末または風呂に湯を給湯するための給湯回路と風呂水循環路との間に位置する風呂注湯路に通水する場合は前記第1の放熱器を介して給湯水流路を流れる水を加熱して給湯し、風呂追いだきを行う場合は前記第2の放熱器を介して前記風呂水流路を流れる水を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器には熱交換を行う給湯水流路および風呂水流路とを設け、前記給湯水流路は水道水を給水する給水管と連結されるとともに、給湯端末または風呂に湯を給湯するための給湯回路と風呂水循環路との間に位置する風呂注湯路に通水する場合は放熱器を介して給湯水流路を流れる水を加熱して給湯し、風呂追いだきを行う場合は前記放熱器を介して前記風呂水流路を流れる水を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
風呂注湯路には給湯する湯の流量を制御する流量可変手段を設けた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
給湯端末での給湯動作および風呂給湯運転を同時に行うことができる請求項１〜３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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風呂給湯機能を設けたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ給湯装置としては、特許文献１に記載されているような給湯装置が提案されていた。このヒートポンプ給湯装置は図３に示すように、閉回路に構成される冷媒路１で圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５が接続された冷媒循環回路７と、放熱器３の冷媒流路８と熱交換を行う水流路９を備えた熱交換器１０と、この水流路９に水道水を供給する給水管１１と、前記水流路９とシャワーや蛇口等の給湯端末１２とを接続する給湯回路１３と、給湯回路１３に設け給湯温度を検出する温度センサ１４と、圧縮機２の回転数を制御するインバータ１５を備え、圧縮機２を温度センサ１４の検出温度と設定温度との差に応じてインバータ１５の出力周波数を変換するようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例の給湯装置の構成では、風呂給湯機能が備わっていないため、風呂に給湯をして湯張りをしたり、風呂の湯を追いだきで沸かし直したり、あるいはこれらを自動で行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、風呂給湯機能を備えたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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装置は、圧縮機と第1の放熱器と第2の放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記第1の放熱器と熱交換を行う給湯水流路と、前記第2の放熱器と熱交換を行う風呂水流路とを有し、前記給湯水流路は水道水を給水する給水管と連結され、前記冷媒循環回路と熱交換を行う前記第1の放熱器と第2の放熱器を並列に配置するとともに、給湯端末または風呂に湯を給湯するための給湯回路と風呂水循環路との間に位置する風呂注湯路に通水する場合は前記第1の放熱器を介して給湯水流路を流れる水を加熱して給湯し、風呂追いだきを行う場合は前記第2の放熱器を介して前記風呂水流路を流れる水を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置とする。
【０００７】
また、圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器には熱交換を行う給湯水流路および風呂水流路とを設け、前記給湯水流路は水道水を給水する給水管と連結されるとともに、給湯端末または風呂に湯を給湯するための給湯回路と風呂水循環路との間に位置する風呂注湯路に通水する場合は放熱器を介して給湯水流路を流れる水を加熱して給湯し、風呂追いだきを行う場合は前記放熱器を介して前記風呂水流路を流れる水を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置とする。
【０００８】
この発明によれば、従来の給湯装置に風呂給湯機能を設けることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧縮機と第1の放熱器と第2の放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記第1の放熱器と熱交換を行う給湯水流路と、前記第2の放熱器と熱交換を行う風呂水流路とを有し、前記給湯水流路は水道水を給水する給水管と連結され、前記冷媒循環回路と熱交換を行う前記第1の放熱器と第2の放熱器を並列に配置するとともに、給湯端末または風呂に湯を給湯するための給湯回路と風呂水循環路との間に位置する風呂注湯路に通水する場合は前記第1の放熱器を介して給湯水流路を流れる水を加熱して給湯し、風呂追いだきを行う場合は前記第2の放熱器を介して前記風呂水流路を流れる水を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置としているため、浄水と風呂水を混ぜることなく、風呂給湯機能を備えることができる。また、能力の高いヒートポンプ給湯機を用いることで、短時間での湯張りや追いだきが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器には熱交換を行う給湯水流路および風呂水流路とを設け、前記給湯水流路は
水道水を給水する給水管と連結されるとともに、給湯端末または風呂に湯を給湯するための給湯回路と風呂水循環路との間に位置する風呂注湯路に通水する場合は放熱器を介して給湯水流路を流れる水を加熱して給湯し、風呂追いだきを行う場合は前記放熱器を介して前記風呂水流路を流れる水を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置としているため、給湯水流路と風呂水流路がそれぞれ別の熱交換器に備えられている場合よりも熱交換器の数が少なくて済むため、給湯装置内での省スペース化がはかられ、かつ、コストも低減できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、風呂注湯路には給湯する湯の流量を制御する流量可変手段を設けた請求項1または2記載のヒートポンプ給湯装置とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、給湯端末での給湯動作および風呂給湯運転を同時に行うことができる請求項１〜３いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置とする。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１〜図２を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００１４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。図１において、７は冷媒循環回路で、圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５が冷媒路１により閉回路に接続されている。この冷媒循環回路７は、例えば二酸化炭素などの炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして圧縮機２は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力付近またはそれ以上の圧力まで圧縮して吐出する。ここで、本給湯装置は、超臨界ヒートポンプサイクルを利用しているので、高い給湯能力を有しており、よって湯をためる貯湯タンクを設ける必要はなく、例えば給湯の指示を与えた後、数分程度以内に給湯ができる瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯装置が実現できる。
【００１５】
また、１６は放熱器３ａ（第１の放熱器）の冷媒流路８ａと熱交換を行う給湯水流路１７を備えた給湯熱交換器で、１８は放熱器３ｂ（第２の放熱器）の冷媒流路８ｂと熱交換を行う風呂水流路１９を備えた風呂熱交換器、また２０は冷媒を給湯熱交換器１６側の冷媒流路８ａと風呂熱交換器１８側の冷媒流路８ｂのどちら側にどれだけ冷媒を流すかを制御するための冷媒流路制御手段である。
【００１６】
給湯水流路１７には、水道水を直接供給する給水管１１と、給湯水流路１７から出湯される湯をシャワー２１や蛇口２２等の給湯端末１２に通水させるための給湯回路１３が接続されており、給湯回路１３には給湯水流路１７で熱せられた湯の温度を測定する給湯温検知手段２３が備えられている。
【００１７】
風呂水流路１９には、風呂２４に通水するための風呂水加熱路２５が接続されており、この風呂水加熱路２５と、風呂２４と、風呂水流路１７とで閉回路である風呂水循環路２６が形成されている。風呂水加熱路２６には、風呂水を循環するための送水手段２７と、風呂の湯温を測定するための風呂水温検知手段２８と、風呂の水位を検知する水位検知手段２９が備えられている。
【００１８】
３０は、風呂に湯を給湯するための風呂注湯路で、給湯回路１３と風呂水循環路２６との間に接続して設けられ、給湯する湯の量を制御するための流量可変手段３１を備えている。
【００１９】
また、３２は、給湯温検知手段２３や風呂水温検知手段２８や水位検知手段２９の検知値から、送水手段２７、流量可変手段３１、それに冷媒循環回路７を制御する制御手段である。
【００２０】
ここで給湯熱交換器１６や風呂熱交換器１８は、冷媒流路８ａ、８ｂの流れ方向と給湯水流路１７や風呂水流路１９の流れ方向を対向流とし、各流路間を熱移動が容易になるように密着して構成している。この構成により冷媒流路８と給湯水流路１７や風呂水流路１９の伝熱が均一化し、熱交換効率がよくなる。また、高温の出湯も可能になる。
【００２１】
なお、減圧手段４の具体的構成としては絞り弁（図示せず）が挙げられ、この場合絞り弁を駆動するステッピングモータ（図示せず）により弁開度が制御され、冷媒流路抵抗を変更することができる。また、送水手段２７、流量可変手段３１の具体的構成としてはそれぞれ、ポンプ、流量制御弁（絞り弁）などが挙げられる。さらに、冷媒流路制御手段２０の具体的構成としては、制御する対象となる冷媒流路８ａ、８ｂそれぞれに流量制御弁や電磁弁などを設け、これらの弁を制御することで各冷媒路に流れる冷媒流量を制御する方法が挙げられる。
【００２２】
以上の構成において、次にその動作、作用について説明する。使用者が風呂２４への給湯を開始させると、流量可変手段３１が働いて給水管１１から給湯水流路１７に水道水が流入し、同時に圧縮機２の回転数が制御され、圧縮機２から吐出される高温高圧の冷媒ガスは放熱器３ａ（第１の放熱器）へ流入して、冷媒流路８ａと給湯水流路１７とで熱交換が行われて、給湯水流路１７を流れる水を加熱する。そして、加熱された水は給湯回路１３を通って風呂注湯路３０から風呂水循環路２６を経て、やがて風呂２４に湯が注がれる。
【００２３】
一方、放熱器３ａ（第１の放熱器）で冷却された冷媒は減圧手段４で減圧されて吸熱器５に流入し、ここで大気熱、太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機２に戻る。
【００２４】
給湯水流路１７を流れる水は、圧縮機２の回転数によって加熱量が制御されるだけでなく、減圧手段４の冷媒流路抵抗や、吸熱器５の吸熱量によっても加熱量が制御できる。つまり減圧手段４の絞り弁の開度を変え、冷媒流路抵抗を変えることで加熱量が制御でき、また、吸熱器５の吸熱量は、吸熱器５に備えた吸熱用ファン３３のモータの回転数を変更して、吸熱器５への送風量を変更することにより制御でき、吸熱量を変えることで加熱温度が制御できる。
【００２５】
高温の出湯が必要であったり、外気温度が低いなどで加熱量が不足した場合などには、冷媒流路抵抗を大きくすることで熱交換器の加熱量は所要加熱量を確保するように作用する。なお、通常の給湯使用状態において、冷媒流路８ａと給湯水流路１７との温度差が小さくなるほど冷媒循環回路７の効率が良くなるので、給湯温検知手段２３の検知する給湯温度に応じて、給湯熱交換器１６での所要加熱量を確保して、冷媒流路８ａと給湯水流路１７との温度差が最も小さくなるように減圧手段４の冷媒流路抵抗を制御すると、効率の良いい運転が可能となる。
【００２６】
そして、給湯負荷が極端に小さく給湯熱交換器１６の所要加熱量が小さすぎて圧縮機２の回転数制御などでは絞りきれない場合などには、吸熱用ファン３３の風量を減少させることにより給湯熱交換器１６の加熱量を減少させて所要加熱量に制御することが可能である。また、圧縮機２が最大回転数でも加熱量が不足する場合には、吸熱用ファン３３の風量を上げて給湯熱交換器１６の加熱量を増加させて所要加熱量に制御することも可能であ
る。このように、圧縮機２の回転数や減圧手段４の減圧度、吸熱用ファン３３のモータ回転数によって、冷媒循環回路７の加熱量が制御でき、給湯水流路１７を流れる水を所定の温度に加熱することができる。
【００２７】
加えて、給湯回路１３に備えられた給湯温検知手段２３で測定された温度と目標温度との偏差に応じて、風呂注湯路３０を流れる湯の流量を流量可変手段３１で制御することで、さらに精度の高い温度制御が可能となる。なお、風呂の湯の温度を測定するために、給湯温検知手段２３の代わりに風呂水温度検知手段２８を用いて測定して、湯温制御を行うこともできる。
【００２８】
以上のように、冷媒循環回路７を制御することで風呂給湯温度が制御できる。
【００２９】
なお、給湯端末１２のシャワー２１または蛇口２２の栓が使用者によって開かれ湯が給湯端末１２において給湯される場合も風呂への給湯の場合と同様である。
【００３０】
次に、風呂追いだきを行う場合について説明する。風呂の湯の追いだきをする場合、流量可変手段３１を閉止させた後、冷媒循環回路７が制御されると同時に送水手段２７が駆動して風呂水を循環させ風呂水が風呂水循環路２６から風呂熱交換器１８に送水されると、風呂水流路１９で冷媒流路８ｂと熱交換が行われ、風呂水は加熱されて再び風呂２４に戻される。この間、風呂水温度制御手段２８によって風呂水温が測定され、風呂水温が目標温度に達するまで循環が続けられる。
【００３１】
この時、風呂水が、浄水である水道水の流路に流入しないよう流量可変手段３１によって流路を遮断する事が重要である。また、給湯熱交換器１６、風呂熱交換器１８の各水流路である給湯水流路１７と風呂水流路１９も、水道水の通る流路と風呂水の通る流路とを分ける必要があり、それ故に水流路は少なくとも２経路必要となる。
【００３２】
なお、風呂追いだきに際しては、送水手段２７が備わっていなくても、自然対流を利用して行うことも可能である。また、風呂の湯張りのための風呂給湯を終えた後、冷媒循環回路７を停止させたままで送水手段２７だけを運転することで風呂２４内の湯をかき混ぜて湯の分布を均一にしたり、あるいは冷媒循環回路７を制御しながら送水手段２７を運転させる追いだき運転を行って、湯張りの湯の温度をより目標温度に近づけることもできる。
【００３３】
次に、冷媒流路制御手段２０を用いて、冷媒を給湯熱交換器１６側の冷媒流路８ａと風呂熱交換器１８側の冷媒流路８ｂのどちら側にどれだけ冷媒を流すかを制御する場合について説明する。
【００３４】
風呂追いだきを行っている際に給湯端末１２で給湯を優先させて行う場合には、送水手段２７を止めて、一時風呂給湯動作を中止し、冷媒流路制御手段２０の冷媒の流路を風呂熱交換器１８側から給湯熱交換器１６側に切り換えて、給湯端末１２での給湯動作ができるようにする。そして給湯動作が終了し次第、冷媒流路制御手段２０を給湯熱交換器１６側から流路を風呂熱交換器１８側に切り換えて追いだき運転を再開させる。このようにすることで、給湯能力を二分することなく、給湯端末１２で高い給湯能力で優先的に湯を使用することができる。
【００３５】
逆に、給湯端末１２で給湯を行っている際に風呂水追いだきを優先させて行う場合には、給湯端末１２での給湯動作を、給湯流量を制御する給湯流量制御手段（図示せず）などで制限して、一時、給湯動作を中止した後、冷媒流路制御手段２０を給湯熱交換器１６側から流路を風呂熱交換器１８側に切り換えて、送水手段２７を駆動させる。そして風呂追いだきが終了すると、再び冷媒流路制御手段２０の冷媒の流路を風呂熱交換器１８側から給湯熱交換器１６側に切り換えて給湯端末での給湯動作ができるようにする。このようにすることで、給湯能力を二分することなく、高い能力で優先的に風呂追いだきを行うことができる。
【００３６】
これらの動作を実現するために冷媒流路制御手段２０は、単純な開閉弁で構成されていれば動作可能となる。
【００３７】
また冷媒流路制御手段２０を操作し、給湯熱交換器１６側と流路を風呂熱交換器１８側のどちらの冷媒流路８ａ、８ｂにどの割合で流すかを制御することも可能で、この場合、給湯端末１２での給湯動作および風呂給湯運転を同時に行うことができて便利である。
【００３８】
さらに、給湯端末１２での給湯と湯張り動作とが重なった場合には、冷媒流路制御手段２０と流量可変手段３１を制御することで、優先する動作を先に行うようにすることができる。
【００３９】
風呂２４には水位検知手段２９が備えられているので、給湯温検知手段２３や風呂水温検知手段２８と共に利用することで、風呂給湯時には適量、適温の湯を自動で張ることが可能である上、人が入浴しているか否かの人入り検知もできるので、人が入浴する度に湯温を適温にするために風呂追いだきを実施したり、逆に送水手段２７の駆動音が入浴者に不快感を与えないように入浴中の追いだき運転を禁止することも可能である。
【００４０】
なお、実施例１ではヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしているが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。冷媒として利用される炭酸ガスには代表的なものとして分子量の小さい二酸化炭素が挙げられる。
【００４１】
また、図２のように給湯熱交換器１６と風呂熱交換器１８の２つの熱交換器を１つの熱交換器１０として、水流路だけを２経路設ければ、冷媒流路８の切り換え制御が不要で、熱交換器の数が減らせられる分、省スペース化がはかられ、加えてコストも低減できる。さらにこの他に、暖房用熱交換器や暖房用水流路を備えて暖房機能を設けることが可能で、この場合、３経路の水流路に対して熱交換器が３つの場合、２つの場合、１つの場合、のそれぞれの組み合わせがある。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ヒートポンプ給湯装置に風呂給湯機能を設けたので、風呂の湯張りや追いだきが可能で、またこれらを自動で行うことが可能なヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】  本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の他の構成図
【図３】  従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
１  冷媒路
２  圧縮機
３  放熱器
３ａ  第１の放熱器
３ｂ  第２の放熱器
４  減圧手段
５  吸熱器
７  冷媒循環回路
８  冷媒流路
１２  給湯端末
１３  給湯回路
１６  給湯熱交換器
１７  給湯水流路
１８  風呂熱交換器
１９  風呂水流路
２０  冷媒流路制御手段
２３  給湯温検知手段
２４  風呂
２５  風呂水加熱路
２６  風呂水循環路
２７  送水手段
２８  風呂水温検知手段
２９  水位検知手段
３０  風呂注湯路
３１  流量可変手段
【図１】
0003743407.tif 000002
【図２】
0003743407.tif 000003
【図３】
0003743407.tif 000004