ヒートポンプ給湯機
【課題】湯切れの可能性を少なくし、利便性と効率の向上を図った風呂加熱や暖房機能を有する貯湯式のヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】風呂熱交換器６を途中に設けて貯湯槽５の上部と下部とをそれぞれ接続する上部接続管２２と下部接続管２３とを具備し貯湯槽５上部の湯を熱源とし風呂熱交換器６を介して浴槽８の湯水を加熱する風呂加熱手段２１と、風呂加熱手段２１を循環する熱源流量を制御する流量制御手段３０と、下部接続管２３の途中から分岐したバイパス管２４と、給湯管１８とバイパス管２４とからの湯を混合するバイパス混合弁２５とを備えた構成とし、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、風呂熱交換器６で放熱した貯湯槽５上部からの湯を直接給湯に利用する。
【解決手段】風呂熱交換器６を途中に設けて貯湯槽５の上部と下部とをそれぞれ接続する上部接続管２２と下部接続管２３とを具備し貯湯槽５上部の湯を熱源とし風呂熱交換器６を介して浴槽８の湯水を加熱する風呂加熱手段２１と、風呂加熱手段２１を循環する熱源流量を制御する流量制御手段３０と、下部接続管２３の途中から分岐したバイパス管２４と、給湯管１８とバイパス管２４とからの湯を混合するバイパス混合弁２５とを備えた構成とし、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、風呂熱交換器６で放熱した貯湯槽５上部からの湯を直接給湯に利用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風呂の追い焚き機能や暖房機能を備える貯湯式のヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯機として、貯湯槽の温水を利用した浴槽の追い焚き機能を持ったものがある。
【０００３】
図３は、従来の給湯機を示すものである。図に示すように、この給湯機は、圧縮機５１、冷媒対水熱交換器である給湯熱交換器５２及び蒸発器５３などを備えたヒートポンプユニット５４と、貯湯槽５５及び水対水熱交換器である風呂熱交換器５６などを備えた給湯ユニット５７とから構成している。前記貯湯槽５５は給湯熱交換器５２を用いて前記ヒートポンプユニット５４により加熱された湯を貯湯するものである。
【０００４】
また、風呂熱交換器５６は、貯湯槽５５内の湯を循環させて浴槽５８内の湯を加熱するものである。すなわち、貯湯槽５５の上部から熱源側循環ポンプ５９によって汲み出された湯は、風呂熱交換器５６に導かれて、利用側循環ポンプ６０によって汲み出された浴槽５８内の湯または水を加熱した後に、貯湯槽５５に戻る。
【０００５】
また、貯湯槽５５の湯は浴槽注湯配管６１を通して浴槽５８へ注湯され、さらに、蛇口６２を開くことにより給湯ができるように構成したものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４３２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題を有していた。
【０００７】
風呂の追い焚き運転をするときには、多くの場合、浴槽の温度は約４０℃前後であるので、貯湯槽５５の上部から熱源側循環ポンプ５９によって汲み出され、風呂熱交換器５６に導かれて利用側循環ポンプ６０によって汲み出された浴槽５８内の湯を加熱した後に貯湯槽５５に戻る時の温度は５０℃前後である。
【０００８】
そして、この貯湯槽５５に戻ってきた湯は貯湯槽内の湯と混合するが、貯湯槽５５の戻り位置の湯温によって混合された湯の温度は異なる。また、一般的に、蓄熱式のヒートポンプ給湯機の場合、電気料金の安い時間帯である深夜時間帯（たとえば２３時から翌朝の７時）に貯湯槽５５全体を設定された温度に沸き上げる。
【０００９】
この時、貯湯槽５５の下部から送られてきた低温の水は、給湯熱交換器５２で加熱されて高温の水となって、貯湯槽５５の上から貯湯される。この貯湯される高温の水と元々あった低温水との境ははっきりした温度層として分かれているのではなく、高温から低温に変化する混合層が存在する。
【００１０】
このため、貯湯槽５５全体を設定された温度に沸き上げる沸き上げ運転が沸き上げ完了に近づけば、この混合層を加熱することになる。この場合、ヒートポンプの特性は、給湯熱交換器５２の入口水温によって大きく異なる。つまり、入口水温が高くなるほど圧縮機５１の吐出圧力が高くなるため、それに伴って、運転効率が悪くなり、消費される電力量は多くなる。
【００１１】
さらに、入口水温が高温になってくると急激に吐出圧力が上昇するので、圧縮機５１の信頼性確保のため、入口水温が所定の温度になれば、前記沸き上げ運転を終了する。例えば、冬季では給湯負荷が大きいため、８０℃〜９０℃に貯湯槽５５を沸き上げるが、給湯熱交換器５２の入口温度が６０℃になれば全量が沸き上がったとして運転を停止する。そして、この深夜に貯湯された湯で、概ね、昼間の給湯負荷を賄うわけである。
【００１２】
今、浴槽５８内の湯を加熱した後に貯湯槽５に戻ってきた湯と、貯湯槽５５の湯とが混合してできた湯の温度が、前記所定の温度（例えば６０℃）以上であれば、その湯は再度高温に沸き上げられることはない。だから、本来、深夜時間帯に貯湯槽５５のほぼ全体を設定された温度（冬であれば８０℃〜９０℃程度）に沸き上げるところを、浴槽５８の加熱によって生じた混合層の部分は設定された温度に沸き上げられることなく、そのままで沸き上げ完了となってしまうことがあった。
【００１３】
このように貯湯槽５５のほぼ全体が高温に沸き上がっていないときには、昼間の給湯負荷に対応できず、湯切れして快適性と利便性に課題があった。
【００１４】
他方、浴槽５８内の湯を加熱した後に貯湯槽５５に戻ってきた湯と、貯湯槽５５の湯と混合してできた湯の温度が、前記所定の温度（例えば６０℃）以下であれば、その湯は再度高温に沸き上げられる。
【００１５】
ところが、浴槽５８から送られてきた水を加熱して貯湯槽５５に戻る水温が元々高いので、貯湯槽５８の湯水と混合して貯湯槽５５の温度を上昇させてしまい、６０℃以下ではあるが、比較的高い温度になる場合がある。この場合、前述したように、沸き上げ運転の効率が非常に悪くなるという課題があった。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するもので、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合に風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を貯湯槽の下部に戻さず直接給湯に利用することによって、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率向上を図ったヒートポンプ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】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、浴槽湯水を加熱する風呂熱交換器の熱源側の下流に設けたバイパス管と貯湯槽上部に接続した出湯管とをバイパス混合弁に接続した回路を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のヒートポンプ給湯機は、浴槽からの水を加熱するために熱源である貯湯槽の上部と下部とをそれぞれ風呂熱交換器の入口および出口に接続し、また、風呂熱交換器の出口と貯湯槽の下部と接続する接続管の途中にバイパス管を設け、さらに、バイパス管を、混合弁を介して出湯管に接続した構成にすることにより、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を貯湯槽の下部に戻さず直接給湯に利用できるので、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は各請求項に記載の形態で実施できるものであり、第１の発明は、圧縮機、給湯熱交換器を備える給湯加熱手段と、前記給湯熱交換器を介して貯湯槽の下部と上部を接続する貯湯手段と、前記貯湯槽の上部に接続された出湯管と、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、風呂熱交換器を途中に設けて前記貯湯槽の上部と下部とをそれぞれ接続する上部接続管と下部接続管とを具備し前記貯湯槽上部の湯を熱源とし前記風呂熱交換器を介して浴槽湯水を加熱する風呂加熱手段と、前記風呂加熱手段を循環する熱源流量を制御する流量制御手段と、前記下部接続管の途中から分岐したバイパス管と、前記出湯管と前記バイパス管とからの湯を混合するバイパス混合弁と、バイパス混合弁で混合した湯と給水管からの水とを混合する給湯混合弁と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段とを備え、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、前記風呂熱交換器で放熱した前記貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用する構成としたものである。
【００２０】
この構成により、本願発明は、浴槽を加熱した後の中温水で貯湯槽の湯を混合することが少なくなるので、湯切れを少なくして快適性と利便性の向上と運転効率の向上を図ることができる。
【００２１】
また、本願発明は、流量制御手段として、風呂熱交換器の熱源側に設けた熱源側循環ポンプと流量制御弁とを用いた構成としたものである。
【００２２】
この構成により、本願発明は、風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用する場合に給湯流量や給湯温度が大きく変動しても安定した風呂加熱ができるので、快適性と利便性の向上を図ることができる。
【００２３】
また、本願発明は、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも貯湯槽側の下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁を備えた構成としたものである。
【００２４】
この構成により、本願発明は、風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用する場合に貯湯槽下部からの湯の流入を防止し、風呂熱交換器で放熱する貯湯槽上部からの熱源流量を減少させずに安定した風呂加熱能力を確保できるので、快適性と利便性の向上を図ることができる。
【００２５】
また、本願発明は、バイパス混合弁の目標混合温度は、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器の熱源側出口の温度とから決定する構成としたものである。
【００２６】
この構成により、本願発明は、安定した給湯温度が得られるので、快適性と利便性の向上と運転効率の向上を図ることができる。
【００２７】
また、本願発明は、バイパス混合弁の目標混合温度を、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器の熱源側出口の温度との内で高い方の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定する構成としたものである。
【００２８】
この構成により、本願発明は、安定した給湯温度が得られるので、快適性と利便性の向上と運転効率の向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、本願発明は、風呂熱交換器で加熱されて浴槽に戻る温度が所定の温度以上になった場合、バイパス混合弁の目標混合温度を上げる構成としたものである。
【００３０】
この構成により、本願発明は、風呂熱交換器の熱源側流量を減少させるため、高温の湯が浴槽に戻ることを防止できるので、快適性の向上の向上を図ることができる。
【００３１】
また、本願発明は、ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であるため、高温高効率化と地球環境保全を図ることができる。
【００３２】
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。
（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機の構成図である。図１において、給湯機の熱源である給湯加熱手段１３は、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧装置１４および大気熱を吸熱する蒸発器３からなるヒートポンプサイクルを構成したヒートポンプ熱源である。
【００３３】
そして、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。貯湯槽５への給水は貯湯槽５下部に接続された給水管１５を通ってなされ、貯湯槽５上部の高温の湯は出湯管１６を通り給湯混合弁１７で給水と混合することによって所定の温度の湯にしてから給湯管１８を通って端末（蛇口１２）から給湯される。
【００３４】
また、貯湯槽５の下部から循環ポンプ１９、給湯熱交換器２および貯湯槽５の上部を順次接続する沸き上げ回路を構成することによって、貯湯槽５から循環ポンプ１９で送られてきた水は前記給湯熱交換器２で冷媒熱により加熱されて貯湯槽５の上から貯湯される。
【００３５】
ヒートポンプ熱源で加熱した湯温を検出するため給湯熱交換器２の水側の出口には、沸き上げ温度検出手段２０設けられている。
【００３６】
風呂加熱手段２１は、水水熱交換器である風呂熱交換器６と、それに接続された熱源側と利用側水回路と、それら水回路にそれぞれ設けられた熱源側循環ポンプ９と利用側循環ポンプ１０などからなる。また風呂熱交換器６の熱源側は、貯湯槽の上部と上部接続管２２で接続され、また貯湯槽の下部と下部接続管２３で接続されている。
【００３７】
そして、浴槽８の加熱は、熱源側循環ポンプ９で貯湯槽５から風呂熱交換器６に送られてきた高温の温水と、利用側循環ポンプ１０で浴槽８から風呂熱交換器６に送られてきた水又は温水とが熱交換することによって行われる。
【００３８】
また、下部接続管２３の途中から分岐したバイパス管２４は、出湯管１６の途中に設けられたバイパス混合弁２５に接続されている。
【００３９】
さらに、ポンプ制御手段２６は熱源側循環ポンプ９の回転数を制御するものである。また、風呂熱交換器６の熱源側出口には熱源側出口温度を検出する熱源側出口温度検出手段２７を、利用側の入口と出口にはそれぞれの水温を検出するために利用側入口温度検出手段２８と利用側出口温度検出手段２９が設けられている。
【００４０】
ここで、ポンプ制御手段２６と熱源側循環ポンプ９と利用側入口温度検出手段２８及び熱源側出口温度検出手段２７とで流量制御手段３０を形成し、この流量制御手段は風呂加熱手段２１における熱源側流量を制御することによって風呂熱交換器での加熱能力を制御する。
【００４１】
さらに、給湯混合弁１７の出口側には混合弁で混合された湯温を検出する給湯温度検出手段３１を設け、バイパス混合弁２５の出口側には混合弁で混合された湯温を検出するバイパス温度検出手段３２を設けられている。また、リモコン(図示せず)などで希望する給湯温度を設定する給湯温度設定手段３３とバイパス混合弁２５の動作を制御するバイパス混合弁制御手段３４を備えている。
【００４２】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。
【００４３】
図１において、先ず、給湯加熱モードについて説明する。
【００４４】
いま、貯湯槽５を沸き上げる要求（図示せず）があると、ヒートポンプ熱源で大気熱を利用した給湯加熱運転を行う。この場合、圧縮機１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が給湯熱交換器２に流入し、ここで貯湯槽５の下部から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧装置１４で減圧し、さらに、蒸発器３で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１に戻る。この時、給湯熱交換器２に流入する高温冷媒で給湯熱交換器２の出口水温が所定温度となるように循環ポンプ１９の回転数を制御し、所定の温度の湯が貯湯槽５の上部から流入し貯湯される。
【００４５】
次に、通常の単独給湯モードについて説明する。給湯端末である蛇口１２が開かれるとバイパス混合弁制御手段３４はバイパス混合弁２５を貯湯槽５側に全開（通常はこの位置が初期設定位置）にする。
【００４６】
そして、給湯混合弁１７の出口（混合）温度が給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度になるように給湯温度検出手段３１から得られた温度をもとに給湯混合弁１７の開度を制御することによって、所定の給湯温度の湯を蛇口１２から給湯する。
【００４７】
次に、通常の単独風呂加熱モードについて説明する。
【００４８】
いま、風呂の加熱要求（図示せず）があると、流量制御手段３０は利用側循環ポンプ１０と熱源側循環ポンプ９とを駆動する。そして、利用側循環ポンプ１０によって浴槽８から送られてきた水は、熱源側循環ポンプ９によって送られてきた貯湯槽５上部の高温の湯と、風呂熱交換器６で熱交換して加熱されて浴槽８に戻る。
【００４９】
また、熱源側循環ポンプ９によって貯湯槽５から送られてきた高温の湯は、前述した利用側循環ポンプ１０によって送られてきた浴槽８の湯と、風呂熱交換器６で熱交換して貯湯槽５の下部に戻る。このとき、流量制御手段３０は、必要な能力で効率よく風呂加熱するために、熱源側循環ポンプ９の流量を制御する。
【００５０】
例えば、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差に応じて熱源側の温水の流量を制御する。つまり、流量制御手段３０は、熱源側出口温度検出手段２７と利用側入口温度検出手段２８とから得られた風呂熱交換器６の熱源側出口温度と利用側入口温度を検出し、この両者の温度差が所定の温度（例えば５Ｋ）になるように熱源側循環ポンプ９の回転数を制御する。このように制御すれば、浴槽８の温度が変化しても貯湯槽５への戻り温度も比較的低くすることができ、かつ、風呂加熱能力も比較的大きくすることができる。
【００５１】
次に、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合の同時給湯風呂加熱モードについて説明する。この場合、給湯混合弁１７の制御は単独給湯モードの場合と同じである。また、流量制御手段３０は、単独風呂加熱モードの場合と同様、熱源側循環ポンプ９の流量の制御を行う。つまり、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差に応じて熱源側の温水の流量を制御する。
【００５２】
さらに、バイパス混合弁制御手段３４は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高い温度に設定された目標混合温度になるようにバイパス温度検出手段３２から得られた温度をもとにバイパス混合弁２５の開度を制御する。
【００５３】
このとき、熱源側循環ポンプ９によって流量制御された貯湯槽５の上部の高温湯は、風呂熱交換器６で放熱した後、一部または全量がバイパス管２４を通ってバイパス混合弁２５の低温側入口に入り、バイパス混合弁２５の高温側入口から供給された貯湯槽５の上部の高温湯と混合して前述した所定のバイパス混合温度になって給湯混合弁１７の高温側入口に入る。さらに、給湯混合弁１７の低温側入口から供給された給水管１５からの給水と混合することによって給湯設定温度に制御されて、蛇口１２から出て行く。
【００５４】
また、バイパス管２４を通らない残りの湯は貯湯槽５の下部に戻る。図３で示す従来例であれば風呂加熱に使用された貯湯槽の湯はすべて貯湯槽５に戻り、貯湯槽５の湯と混合し、最終的には再度高温に沸き上げていた。しかし、本発明の実施の形態では、風呂加熱に使用された貯湯槽の湯の一部または全部を直接給湯に使用するため、湯に与えられた熱量をすべて使い切ることになるので、効率が大幅に向上する。
【００５５】
また、貯湯槽５に戻る湯が少なくなるので、貯湯槽５の湯または水と混合して湯の温度を低下させたり、水の温度を上昇させたりすることも少なくなるので、湯切れや沸き上げの効率低下などの課題も少なくなる。
【００５６】
上記説明では、バイパス混合弁制御手段３４は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高い温度に設定された目標混合温度になるようにバイパス温度検出手段３２から得られた温度をもとにバイパス混合弁２５の開度を制御するとしたが、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器６の熱源側出口の温度とから決定する方が、更に、風呂加熱に使用された貯湯槽の湯を有効に使用することができる。
【００５７】
つまり、目標混合温度が、風呂熱交換器６の熱源側出口温度よりも低いとバイパス混合弁２５の開度は低温側入口の方向に全開となる。この時、給湯流量によっては、風呂熱交換器６の熱源側流量制御ができない場合が生じる可能性があるので、バイパス混合弁２５の目標混合温度は風呂熱交換器６の熱源側出口温度より高く設定する必要がある。
【００５８】
さらに、バイパス混合弁２５で混合された湯は、給湯混合弁１７の高温側入口に入るので、バイパス混合弁２５の目標混合温度は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高くする必要がある。結局、バイパス混合弁２５の目標混合温度は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器６の熱源側出口温度との内で高い方の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定すればよい。
【００５９】
また、同時給湯風呂加熱モードで風呂加熱を行っていると浴槽温度が上昇してきて、浴槽に戻ってくる湯温が高くなってきて、入浴中の人が不快になることがある。これは風呂熱交換器６の熱源側流量が大きく能力が出すぎている場合である。
【００６０】
この場合には、風呂熱交換器６の熱源側流量を下げる必要がある。だから、利用側出口温度検出手段２９が所定の温度(例えば６０℃)以上になった場合、バイパス混合弁制御手段３４は、バイパス混合弁２５の目標混合温度を上げるように制御する。
【００６１】
このようにすれば、バイパス混合弁２５の開度は高温側入口の方向に開き、逆に低温側入口は閉じる方向になるので、風呂熱交換器６の熱源側流量が減少して、浴槽に戻ってくる湯温が低くなり、高温の湯が浴槽に戻ることを防止できるので、快適性の向上を図ることができる。
【００６２】
また、ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であるため、貯湯槽５に高温度（およそ９０℃）の湯を貯湯することができるので、湯切れを防止することができ、かつ、高効率化と地球環境保全を図ることができる。
【００６３】
なお、上記説明では、貯湯槽５の高温湯で風呂加熱する構成としていたが、風呂加熱に限らず、貯湯槽５の熱を利用した暖房や浴室暖房乾燥機などの用途にも適用できる。
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。図２において、図１に示す実施の形態１と異なるところは、バイパス管２４の途中に流量制御弁３５を設け、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも貯湯槽側の下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁３６を設けたことである。
【００６４】
ここで、ポンプ制御手段２６と熱源側循環ポンプ９と利用側入口温度検出手段２８と熱源側出口温度検出手段２７及び流量制御弁３５とで流量制御手段３０を形成し、この流量制御手段３０は風呂加熱手段２１における熱源側流量を制御することによって風呂熱交換器での加熱能力を制御する。
【００６５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。なお、給湯加熱モード、単独給湯モード、単独風呂加熱モードについては図１の実施の形態１と同じなので説明は省略し、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合の同時給湯風呂加熱モードについて説明する。この場合、給湯混合弁１７の制御は単独給湯モードの場合と同じである。また、流量制御手段３０は、先ず、流量制御弁３５を初期開度に設定する。
【００６６】
そして、熱源側循環ポンプ９の流量の制御を行う。つまり、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差に応じて熱源側の温水の流量を制御する。
【００６７】
さらに、バイパス混合弁制御手段３４は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高い温度に設定された目標混合温度になるようにバイパス温度検出手段３２から得られた温度をもとにバイパス混合弁２５の開度を制御する。
【００６８】
しかし、給湯流量が多くなってくると熱源側循環ポンプ９だけでは風呂熱交換器６の熱源側流量を制御できなくなる場合がある。すなわち、熱源側循環ポンプ９の回転数を最小回転数または停止しても、熱源側流量が大きくなりすぎて、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差を目標の温度差に制御できなくなる場合である。
【００６９】
このような場合には、流量制御弁３５の開度を絞り、熱源側の流量を小さくする。すなわち、流量制御手段３０が、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差を目標の温度差になるように熱源側循環ポンプ９の回転数を制御し、その結果、熱源側循環ポンプ９の回転数を最小回転数または停止しても、前記温度差が目標の温度差より大きい所定の温度差になれば、流量制御弁３５の開度を制御することによって、前記温度差を目標の温度差に制御する。
【００７０】
逆に、流量制御弁３５の開度が全開になっても、前記温度差が目標の温度差より小さい所定の温度差になれば、熱源側循環ポンプ９の回転数で前記温度差を目標の温度差に制御する。
【００７１】
なお、上記説明では、流量制御弁３５をバイパス管２４の途中に設けた構成であったが、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも上流側の熱源回路に流量制御弁３５を設けても同様の効果が得られる。
【００７２】
また、図１の実施の形態１の場合、給湯流量が多く、熱源側流量が少ない時には、下部接続管２３からバイパス管２４に流れることがある。この時には、下部接続管２３を通った貯湯槽５下部からの湯と風呂熱交換器６の熱源側出口からの湯と混合した湯が、バイパス混合弁２５の低温側入口に入るため、バイパス混合弁制御手段３４はバイパス混合弁２５のよる所定の開度制御ができなくなる。
【００７３】
そこで、本第２の実施の形態では、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも貯湯槽側の下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁３６を設ける。これによって、貯湯槽５からの流れ込みを防止することができる。
【００７４】
このようにすれば、給湯流量が大きくなったり変動したりしても、効率よい風呂加熱を維持しつつ、風呂加熱に使用された貯湯槽の湯の一部または全部を直接給湯に使用するため、湯に与えられた熱量をすべて使い切ることになるので、効率が大幅に向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、貯湯槽の高温湯で浴槽などの放熱手段を加熱した後の温度低下した湯を直接給湯に使用する構成としているため、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができるので、風呂加熱に限らず、貯湯熱を利用した暖房や浴室暖房乾燥機などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図３】従来例におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
【００７７】
１ 圧縮機
２ 給湯熱交換器
５ 貯湯槽
６ 風呂熱交換器
８ 浴槽
１５ 給水管
１６ 出湯管
１７ 給湯混合弁
２１ 風呂加熱手段
２２ 上部接続管
２３ 下部接続管
２４ バイパス管
２５ バイパス混合弁
３０ 流量制御手段
３３ 給湯温度設定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は風呂の追い焚き機能や暖房機能を備える貯湯式のヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯機として、貯湯槽の温水を利用した浴槽の追い焚き機能を持ったものがある。
【０００３】
図３は、従来の給湯機を示すものである。図に示すように、この給湯機は、圧縮機５１、冷媒対水熱交換器である給湯熱交換器５２及び蒸発器５３などを備えたヒートポンプユニット５４と、貯湯槽５５及び水対水熱交換器である風呂熱交換器５６などを備えた給湯ユニット５７とから構成している。前記貯湯槽５５は給湯熱交換器５２を用いて前記ヒートポンプユニット５４により加熱された湯を貯湯するものである。
【０００４】
また、風呂熱交換器５６は、貯湯槽５５内の湯を循環させて浴槽５８内の湯を加熱するものである。すなわち、貯湯槽５５の上部から熱源側循環ポンプ５９によって汲み出された湯は、風呂熱交換器５６に導かれて、利用側循環ポンプ６０によって汲み出された浴槽５８内の湯または水を加熱した後に、貯湯槽５５に戻る。
【０００５】
また、貯湯槽５５の湯は浴槽注湯配管６１を通して浴槽５８へ注湯され、さらに、蛇口６２を開くことにより給湯ができるように構成したものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４３２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題を有していた。
【０００７】
風呂の追い焚き運転をするときには、多くの場合、浴槽の温度は約４０℃前後であるので、貯湯槽５５の上部から熱源側循環ポンプ５９によって汲み出され、風呂熱交換器５６に導かれて利用側循環ポンプ６０によって汲み出された浴槽５８内の湯を加熱した後に貯湯槽５５に戻る時の温度は５０℃前後である。
【０００８】
そして、この貯湯槽５５に戻ってきた湯は貯湯槽内の湯と混合するが、貯湯槽５５の戻り位置の湯温によって混合された湯の温度は異なる。また、一般的に、蓄熱式のヒートポンプ給湯機の場合、電気料金の安い時間帯である深夜時間帯（たとえば２３時から翌朝の７時）に貯湯槽５５全体を設定された温度に沸き上げる。
【０００９】
この時、貯湯槽５５の下部から送られてきた低温の水は、給湯熱交換器５２で加熱されて高温の水となって、貯湯槽５５の上から貯湯される。この貯湯される高温の水と元々あった低温水との境ははっきりした温度層として分かれているのではなく、高温から低温に変化する混合層が存在する。
【００１０】
このため、貯湯槽５５全体を設定された温度に沸き上げる沸き上げ運転が沸き上げ完了に近づけば、この混合層を加熱することになる。この場合、ヒートポンプの特性は、給湯熱交換器５２の入口水温によって大きく異なる。つまり、入口水温が高くなるほど圧縮機５１の吐出圧力が高くなるため、それに伴って、運転効率が悪くなり、消費される電力量は多くなる。
【００１１】
さらに、入口水温が高温になってくると急激に吐出圧力が上昇するので、圧縮機５１の信頼性確保のため、入口水温が所定の温度になれば、前記沸き上げ運転を終了する。例えば、冬季では給湯負荷が大きいため、８０℃〜９０℃に貯湯槽５５を沸き上げるが、給湯熱交換器５２の入口温度が６０℃になれば全量が沸き上がったとして運転を停止する。そして、この深夜に貯湯された湯で、概ね、昼間の給湯負荷を賄うわけである。
【００１２】
今、浴槽５８内の湯を加熱した後に貯湯槽５に戻ってきた湯と、貯湯槽５５の湯とが混合してできた湯の温度が、前記所定の温度（例えば６０℃）以上であれば、その湯は再度高温に沸き上げられることはない。だから、本来、深夜時間帯に貯湯槽５５のほぼ全体を設定された温度（冬であれば８０℃〜９０℃程度）に沸き上げるところを、浴槽５８の加熱によって生じた混合層の部分は設定された温度に沸き上げられることなく、そのままで沸き上げ完了となってしまうことがあった。
【００１３】
このように貯湯槽５５のほぼ全体が高温に沸き上がっていないときには、昼間の給湯負荷に対応できず、湯切れして快適性と利便性に課題があった。
【００１４】
他方、浴槽５８内の湯を加熱した後に貯湯槽５５に戻ってきた湯と、貯湯槽５５の湯と混合してできた湯の温度が、前記所定の温度（例えば６０℃）以下であれば、その湯は再度高温に沸き上げられる。
【００１５】
ところが、浴槽５８から送られてきた水を加熱して貯湯槽５５に戻る水温が元々高いので、貯湯槽５８の湯水と混合して貯湯槽５５の温度を上昇させてしまい、６０℃以下ではあるが、比較的高い温度になる場合がある。この場合、前述したように、沸き上げ運転の効率が非常に悪くなるという課題があった。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するもので、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合に風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を貯湯槽の下部に戻さず直接給湯に利用することによって、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率向上を図ったヒートポンプ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】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、浴槽湯水を加熱する風呂熱交換器の熱源側の下流に設けたバイパス管と貯湯槽上部に接続した出湯管とをバイパス混合弁に接続した回路を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のヒートポンプ給湯機は、浴槽からの水を加熱するために熱源である貯湯槽の上部と下部とをそれぞれ風呂熱交換器の入口および出口に接続し、また、風呂熱交換器の出口と貯湯槽の下部と接続する接続管の途中にバイパス管を設け、さらに、バイパス管を、混合弁を介して出湯管に接続した構成にすることにより、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を貯湯槽の下部に戻さず直接給湯に利用できるので、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は各請求項に記載の形態で実施できるものであり、第１の発明は、圧縮機、給湯熱交換器を備える給湯加熱手段と、前記給湯熱交換器を介して貯湯槽の下部と上部を接続する貯湯手段と、前記貯湯槽の上部に接続された出湯管と、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、風呂熱交換器を途中に設けて前記貯湯槽の上部と下部とをそれぞれ接続する上部接続管と下部接続管とを具備し前記貯湯槽上部の湯を熱源とし前記風呂熱交換器を介して浴槽湯水を加熱する風呂加熱手段と、前記風呂加熱手段を循環する熱源流量を制御する流量制御手段と、前記下部接続管の途中から分岐したバイパス管と、前記出湯管と前記バイパス管とからの湯を混合するバイパス混合弁と、バイパス混合弁で混合した湯と給水管からの水とを混合する給湯混合弁と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段とを備え、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、前記風呂熱交換器で放熱した前記貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用する構成としたものである。
【００２０】
この構成により、本願発明は、浴槽を加熱した後の中温水で貯湯槽の湯を混合することが少なくなるので、湯切れを少なくして快適性と利便性の向上と運転効率の向上を図ることができる。
【００２１】
また、本願発明は、流量制御手段として、風呂熱交換器の熱源側に設けた熱源側循環ポンプと流量制御弁とを用いた構成としたものである。
【００２２】
この構成により、本願発明は、風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用する場合に給湯流量や給湯温度が大きく変動しても安定した風呂加熱ができるので、快適性と利便性の向上を図ることができる。
【００２３】
また、本願発明は、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも貯湯槽側の下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁を備えた構成としたものである。
【００２４】
この構成により、本願発明は、風呂熱交換器で放熱した貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用する場合に貯湯槽下部からの湯の流入を防止し、風呂熱交換器で放熱する貯湯槽上部からの熱源流量を減少させずに安定した風呂加熱能力を確保できるので、快適性と利便性の向上を図ることができる。
【００２５】
また、本願発明は、バイパス混合弁の目標混合温度は、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器の熱源側出口の温度とから決定する構成としたものである。
【００２６】
この構成により、本願発明は、安定した給湯温度が得られるので、快適性と利便性の向上と運転効率の向上を図ることができる。
【００２７】
また、本願発明は、バイパス混合弁の目標混合温度を、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器の熱源側出口の温度との内で高い方の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定する構成としたものである。
【００２８】
この構成により、本願発明は、安定した給湯温度が得られるので、快適性と利便性の向上と運転効率の向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、本願発明は、風呂熱交換器で加熱されて浴槽に戻る温度が所定の温度以上になった場合、バイパス混合弁の目標混合温度を上げる構成としたものである。
【００３０】
この構成により、本願発明は、風呂熱交換器の熱源側流量を減少させるため、高温の湯が浴槽に戻ることを防止できるので、快適性の向上の向上を図ることができる。
【００３１】
また、本願発明は、ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であるため、高温高効率化と地球環境保全を図ることができる。
【００３２】
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。
（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機の構成図である。図１において、給湯機の熱源である給湯加熱手段１３は、圧縮機１、給湯熱交換器２、減圧装置１４および大気熱を吸熱する蒸発器３からなるヒートポンプサイクルを構成したヒートポンプ熱源である。
【００３３】
そして、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を冷媒とする。貯湯槽５への給水は貯湯槽５下部に接続された給水管１５を通ってなされ、貯湯槽５上部の高温の湯は出湯管１６を通り給湯混合弁１７で給水と混合することによって所定の温度の湯にしてから給湯管１８を通って端末（蛇口１２）から給湯される。
【００３４】
また、貯湯槽５の下部から循環ポンプ１９、給湯熱交換器２および貯湯槽５の上部を順次接続する沸き上げ回路を構成することによって、貯湯槽５から循環ポンプ１９で送られてきた水は前記給湯熱交換器２で冷媒熱により加熱されて貯湯槽５の上から貯湯される。
【００３５】
ヒートポンプ熱源で加熱した湯温を検出するため給湯熱交換器２の水側の出口には、沸き上げ温度検出手段２０設けられている。
【００３６】
風呂加熱手段２１は、水水熱交換器である風呂熱交換器６と、それに接続された熱源側と利用側水回路と、それら水回路にそれぞれ設けられた熱源側循環ポンプ９と利用側循環ポンプ１０などからなる。また風呂熱交換器６の熱源側は、貯湯槽の上部と上部接続管２２で接続され、また貯湯槽の下部と下部接続管２３で接続されている。
【００３７】
そして、浴槽８の加熱は、熱源側循環ポンプ９で貯湯槽５から風呂熱交換器６に送られてきた高温の温水と、利用側循環ポンプ１０で浴槽８から風呂熱交換器６に送られてきた水又は温水とが熱交換することによって行われる。
【００３８】
また、下部接続管２３の途中から分岐したバイパス管２４は、出湯管１６の途中に設けられたバイパス混合弁２５に接続されている。
【００３９】
さらに、ポンプ制御手段２６は熱源側循環ポンプ９の回転数を制御するものである。また、風呂熱交換器６の熱源側出口には熱源側出口温度を検出する熱源側出口温度検出手段２７を、利用側の入口と出口にはそれぞれの水温を検出するために利用側入口温度検出手段２８と利用側出口温度検出手段２９が設けられている。
【００４０】
ここで、ポンプ制御手段２６と熱源側循環ポンプ９と利用側入口温度検出手段２８及び熱源側出口温度検出手段２７とで流量制御手段３０を形成し、この流量制御手段は風呂加熱手段２１における熱源側流量を制御することによって風呂熱交換器での加熱能力を制御する。
【００４１】
さらに、給湯混合弁１７の出口側には混合弁で混合された湯温を検出する給湯温度検出手段３１を設け、バイパス混合弁２５の出口側には混合弁で混合された湯温を検出するバイパス温度検出手段３２を設けられている。また、リモコン(図示せず)などで希望する給湯温度を設定する給湯温度設定手段３３とバイパス混合弁２５の動作を制御するバイパス混合弁制御手段３４を備えている。
【００４２】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。
【００４３】
図１において、先ず、給湯加熱モードについて説明する。
【００４４】
いま、貯湯槽５を沸き上げる要求（図示せず）があると、ヒートポンプ熱源で大気熱を利用した給湯加熱運転を行う。この場合、圧縮機１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が給湯熱交換器２に流入し、ここで貯湯槽５の下部から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧装置１４で減圧し、さらに、蒸発器３で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１に戻る。この時、給湯熱交換器２に流入する高温冷媒で給湯熱交換器２の出口水温が所定温度となるように循環ポンプ１９の回転数を制御し、所定の温度の湯が貯湯槽５の上部から流入し貯湯される。
【００４５】
次に、通常の単独給湯モードについて説明する。給湯端末である蛇口１２が開かれるとバイパス混合弁制御手段３４はバイパス混合弁２５を貯湯槽５側に全開（通常はこの位置が初期設定位置）にする。
【００４６】
そして、給湯混合弁１７の出口（混合）温度が給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度になるように給湯温度検出手段３１から得られた温度をもとに給湯混合弁１７の開度を制御することによって、所定の給湯温度の湯を蛇口１２から給湯する。
【００４７】
次に、通常の単独風呂加熱モードについて説明する。
【００４８】
いま、風呂の加熱要求（図示せず）があると、流量制御手段３０は利用側循環ポンプ１０と熱源側循環ポンプ９とを駆動する。そして、利用側循環ポンプ１０によって浴槽８から送られてきた水は、熱源側循環ポンプ９によって送られてきた貯湯槽５上部の高温の湯と、風呂熱交換器６で熱交換して加熱されて浴槽８に戻る。
【００４９】
また、熱源側循環ポンプ９によって貯湯槽５から送られてきた高温の湯は、前述した利用側循環ポンプ１０によって送られてきた浴槽８の湯と、風呂熱交換器６で熱交換して貯湯槽５の下部に戻る。このとき、流量制御手段３０は、必要な能力で効率よく風呂加熱するために、熱源側循環ポンプ９の流量を制御する。
【００５０】
例えば、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差に応じて熱源側の温水の流量を制御する。つまり、流量制御手段３０は、熱源側出口温度検出手段２７と利用側入口温度検出手段２８とから得られた風呂熱交換器６の熱源側出口温度と利用側入口温度を検出し、この両者の温度差が所定の温度（例えば５Ｋ）になるように熱源側循環ポンプ９の回転数を制御する。このように制御すれば、浴槽８の温度が変化しても貯湯槽５への戻り温度も比較的低くすることができ、かつ、風呂加熱能力も比較的大きくすることができる。
【００５１】
次に、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合の同時給湯風呂加熱モードについて説明する。この場合、給湯混合弁１７の制御は単独給湯モードの場合と同じである。また、流量制御手段３０は、単独風呂加熱モードの場合と同様、熱源側循環ポンプ９の流量の制御を行う。つまり、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差に応じて熱源側の温水の流量を制御する。
【００５２】
さらに、バイパス混合弁制御手段３４は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高い温度に設定された目標混合温度になるようにバイパス温度検出手段３２から得られた温度をもとにバイパス混合弁２５の開度を制御する。
【００５３】
このとき、熱源側循環ポンプ９によって流量制御された貯湯槽５の上部の高温湯は、風呂熱交換器６で放熱した後、一部または全量がバイパス管２４を通ってバイパス混合弁２５の低温側入口に入り、バイパス混合弁２５の高温側入口から供給された貯湯槽５の上部の高温湯と混合して前述した所定のバイパス混合温度になって給湯混合弁１７の高温側入口に入る。さらに、給湯混合弁１７の低温側入口から供給された給水管１５からの給水と混合することによって給湯設定温度に制御されて、蛇口１２から出て行く。
【００５４】
また、バイパス管２４を通らない残りの湯は貯湯槽５の下部に戻る。図３で示す従来例であれば風呂加熱に使用された貯湯槽の湯はすべて貯湯槽５に戻り、貯湯槽５の湯と混合し、最終的には再度高温に沸き上げていた。しかし、本発明の実施の形態では、風呂加熱に使用された貯湯槽の湯の一部または全部を直接給湯に使用するため、湯に与えられた熱量をすべて使い切ることになるので、効率が大幅に向上する。
【００５５】
また、貯湯槽５に戻る湯が少なくなるので、貯湯槽５の湯または水と混合して湯の温度を低下させたり、水の温度を上昇させたりすることも少なくなるので、湯切れや沸き上げの効率低下などの課題も少なくなる。
【００５６】
上記説明では、バイパス混合弁制御手段３４は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高い温度に設定された目標混合温度になるようにバイパス温度検出手段３２から得られた温度をもとにバイパス混合弁２５の開度を制御するとしたが、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器６の熱源側出口の温度とから決定する方が、更に、風呂加熱に使用された貯湯槽の湯を有効に使用することができる。
【００５７】
つまり、目標混合温度が、風呂熱交換器６の熱源側出口温度よりも低いとバイパス混合弁２５の開度は低温側入口の方向に全開となる。この時、給湯流量によっては、風呂熱交換器６の熱源側流量制御ができない場合が生じる可能性があるので、バイパス混合弁２５の目標混合温度は風呂熱交換器６の熱源側出口温度より高く設定する必要がある。
【００５８】
さらに、バイパス混合弁２５で混合された湯は、給湯混合弁１７の高温側入口に入るので、バイパス混合弁２５の目標混合温度は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高くする必要がある。結局、バイパス混合弁２５の目標混合温度は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器６の熱源側出口温度との内で高い方の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定すればよい。
【００５９】
また、同時給湯風呂加熱モードで風呂加熱を行っていると浴槽温度が上昇してきて、浴槽に戻ってくる湯温が高くなってきて、入浴中の人が不快になることがある。これは風呂熱交換器６の熱源側流量が大きく能力が出すぎている場合である。
【００６０】
この場合には、風呂熱交換器６の熱源側流量を下げる必要がある。だから、利用側出口温度検出手段２９が所定の温度(例えば６０℃)以上になった場合、バイパス混合弁制御手段３４は、バイパス混合弁２５の目標混合温度を上げるように制御する。
【００６１】
このようにすれば、バイパス混合弁２５の開度は高温側入口の方向に開き、逆に低温側入口は閉じる方向になるので、風呂熱交換器６の熱源側流量が減少して、浴槽に戻ってくる湯温が低くなり、高温の湯が浴槽に戻ることを防止できるので、快適性の向上を図ることができる。
【００６２】
また、ヒートポンプに用いられる冷媒は二酸化炭素であるため、貯湯槽５に高温度（およそ９０℃）の湯を貯湯することができるので、湯切れを防止することができ、かつ、高効率化と地球環境保全を図ることができる。
【００６３】
なお、上記説明では、貯湯槽５の高温湯で風呂加熱する構成としていたが、風呂加熱に限らず、貯湯槽５の熱を利用した暖房や浴室暖房乾燥機などの用途にも適用できる。
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。図２において、図１に示す実施の形態１と異なるところは、バイパス管２４の途中に流量制御弁３５を設け、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも貯湯槽側の下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁３６を設けたことである。
【００６４】
ここで、ポンプ制御手段２６と熱源側循環ポンプ９と利用側入口温度検出手段２８と熱源側出口温度検出手段２７及び流量制御弁３５とで流量制御手段３０を形成し、この流量制御手段３０は風呂加熱手段２１における熱源側流量を制御することによって風呂熱交換器での加熱能力を制御する。
【００６５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。なお、給湯加熱モード、単独給湯モード、単独風呂加熱モードについては図１の実施の形態１と同じなので説明は省略し、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合の同時給湯風呂加熱モードについて説明する。この場合、給湯混合弁１７の制御は単独給湯モードの場合と同じである。また、流量制御手段３０は、先ず、流量制御弁３５を初期開度に設定する。
【００６６】
そして、熱源側循環ポンプ９の流量の制御を行う。つまり、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差に応じて熱源側の温水の流量を制御する。
【００６７】
さらに、バイパス混合弁制御手段３４は、給湯温度設定手段３３で設定された給湯設定温度よりも高い温度に設定された目標混合温度になるようにバイパス温度検出手段３２から得られた温度をもとにバイパス混合弁２５の開度を制御する。
【００６８】
しかし、給湯流量が多くなってくると熱源側循環ポンプ９だけでは風呂熱交換器６の熱源側流量を制御できなくなる場合がある。すなわち、熱源側循環ポンプ９の回転数を最小回転数または停止しても、熱源側流量が大きくなりすぎて、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差を目標の温度差に制御できなくなる場合である。
【００６９】
このような場合には、流量制御弁３５の開度を絞り、熱源側の流量を小さくする。すなわち、流量制御手段３０が、風呂熱交換器６の熱源側出口温度と風呂熱交換器６の利用側入口温度との温度差を目標の温度差になるように熱源側循環ポンプ９の回転数を制御し、その結果、熱源側循環ポンプ９の回転数を最小回転数または停止しても、前記温度差が目標の温度差より大きい所定の温度差になれば、流量制御弁３５の開度を制御することによって、前記温度差を目標の温度差に制御する。
【００７０】
逆に、流量制御弁３５の開度が全開になっても、前記温度差が目標の温度差より小さい所定の温度差になれば、熱源側循環ポンプ９の回転数で前記温度差を目標の温度差に制御する。
【００７１】
なお、上記説明では、流量制御弁３５をバイパス管２４の途中に設けた構成であったが、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも上流側の熱源回路に流量制御弁３５を設けても同様の効果が得られる。
【００７２】
また、図１の実施の形態１の場合、給湯流量が多く、熱源側流量が少ない時には、下部接続管２３からバイパス管２４に流れることがある。この時には、下部接続管２３を通った貯湯槽５下部からの湯と風呂熱交換器６の熱源側出口からの湯と混合した湯が、バイパス混合弁２５の低温側入口に入るため、バイパス混合弁制御手段３４はバイパス混合弁２５のよる所定の開度制御ができなくなる。
【００７３】
そこで、本第２の実施の形態では、バイパス管を分岐した下部接続管の分岐位置よりも貯湯槽側の下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁３６を設ける。これによって、貯湯槽５からの流れ込みを防止することができる。
【００７４】
このようにすれば、給湯流量が大きくなったり変動したりしても、効率よい風呂加熱を維持しつつ、風呂加熱に使用された貯湯槽の湯の一部または全部を直接給湯に使用するため、湯に与えられた熱量をすべて使い切ることになるので、効率が大幅に向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、貯湯槽の高温湯で浴槽などの放熱手段を加熱した後の温度低下した湯を直接給湯に使用する構成としているため、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができるので、風呂加熱に限らず、貯湯熱を利用した暖房や浴室暖房乾燥機などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図３】従来例におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
【００７７】
１ 圧縮機
２ 給湯熱交換器
５ 貯湯槽
６ 風呂熱交換器
８ 浴槽
１５ 給水管
１６ 出湯管
１７ 給湯混合弁
２１ 風呂加熱手段
２２ 上部接続管
２３ 下部接続管
２４ バイパス管
２５ バイパス混合弁
３０ 流量制御手段
３３ 給湯温度設定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯熱交換器を備える給湯加熱手段と、前記給湯熱交換器を介して貯湯槽の下部と上部を接続する貯湯手段と、前記貯湯槽の上部に接続された出湯管と、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、風呂熱交換器を途中に設けて前記貯湯槽の上部と下部とをそれぞれ接続する上部接続管と下部接続管とを具備するとともに前記貯湯槽上部の湯を熱源として前記風呂熱交換器を介して浴槽の湯水を加熱する風呂加熱手段と、前記風呂加熱手段を循環する熱源流量を制御する流量制御手段と、前記下部接続管の途中から分岐したバイパス管と、前記出湯管と前記バイパス管とからの湯を混合するバイパス混合弁と、そのバイパス混合弁で混合した湯と給水管からの水とを混合する給湯混合弁と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段とを備え、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、前記風呂熱交換器で放熱した前記貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記流量制御手段として、前記風呂熱交換器の熱源側に設けた熱源側循環ポンプと流量制御弁とを用いた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
前記バイパス管を分岐した前記下部接続管の分岐位置よりも前記貯湯槽側の前記下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
前記バイパス混合弁の目標混合温度は、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記風呂熱交換器の熱源側出口の温度とから決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
前記バイパス混合弁の目標混合温度は、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器の熱源側出口の温度との内で高い方の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
前記風呂熱交換器で加熱されて前期浴槽に戻る温度が所定の温度以上になった場合、前記バイパス混合弁の目標混合温度を上げることとした請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】
ヒートポンプの冷媒回路は、圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１】
圧縮機、給湯熱交換器を備える給湯加熱手段と、前記給湯熱交換器を介して貯湯槽の下部と上部を接続する貯湯手段と、前記貯湯槽の上部に接続された出湯管と、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、風呂熱交換器を途中に設けて前記貯湯槽の上部と下部とをそれぞれ接続する上部接続管と下部接続管とを具備するとともに前記貯湯槽上部の湯を熱源として前記風呂熱交換器を介して浴槽の湯水を加熱する風呂加熱手段と、前記風呂加熱手段を循環する熱源流量を制御する流量制御手段と、前記下部接続管の途中から分岐したバイパス管と、前記出湯管と前記バイパス管とからの湯を混合するバイパス混合弁と、そのバイパス混合弁で混合した湯と給水管からの水とを混合する給湯混合弁と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段とを備え、給湯要求と風呂加熱要求とが同時にあった場合、前記風呂熱交換器で放熱した前記貯湯槽上部からの湯の一部または全部を直接給湯に利用することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記流量制御手段として、前記風呂熱交換器の熱源側に設けた熱源側循環ポンプと流量制御弁とを用いた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
前記バイパス管を分岐した前記下部接続管の分岐位置よりも前記貯湯槽側の前記下部接続管の途中に前記貯湯槽の方向に流れる逆止弁を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
前記バイパス混合弁の目標混合温度は、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記風呂熱交換器の熱源側出口の温度とから決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
前記バイパス混合弁の目標混合温度は、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と風呂熱交換器の熱源側出口の温度との内で高い方の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
前記風呂熱交換器で加熱されて前期浴槽に戻る温度が所定の温度以上になった場合、前記バイパス混合弁の目標混合温度を上げることとした請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】
ヒートポンプの冷媒回路は、圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２２４０７１（Ｐ２００８−２２４０７１Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５９４３５（Ｐ２００７−５９４３５）
【出願日】平成１９年３月９日（２００７．３．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「高密度実装技術を用いたＣＯ２ヒートポンプ給湯器の小型化開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月９日（２００７．３．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「高密度実装技術を用いたＣＯ２ヒートポンプ給湯器の小型化開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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