JP2006266590A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風呂追焚運転時における高温水戻りを解消し、ヒートポンプ運転の加熱効率を従来に対し大幅に向上させると共に、容量の大きい圧縮機から出る振動、騒音の小さいヒートポンプ給湯装置を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機と1a、1b、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒側伝熱管と給水回路から給水された水が流れる給水側伝熱管とで構成された水冷媒熱交換器2と、減圧装置と、減圧された冷媒を蒸発させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、水冷媒熱交換器2で加熱された温水を貯える貯湯タンク8とを備え、前記圧縮機の収納室の横のに貯湯タンク8を配置したヒートポンプ給湯装置において、圧縮機を容量制御が可能なものとすると共に圧縮機を収納する圧縮機室の天井面及び圧縮機室の前面を覆う金属製の仕切り板37を設けた。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関わり、圧縮機室より出る振動、騒音を外部に出さないようにした発明に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯装置は電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な割引電力を使って夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵しておき、上記貯蔵した湯を日中に使う貯湯方式のものが一般的であった。

しかし、上記貯湯方式においては、貯湯タンクに湯を貯める貯湯回路と、貯湯タンクから使用端末へ湯を供給する給湯回路しかなかった。

このため風呂使用において、浴槽への湯張り後複数の人が入浴する場合、湯冷めにより追焚きが必要になるが、貯湯タンクからの一方的な足し湯機能しかないため適切な対応ができなかった。

上記の改善策として、近年は、従来の貯湯方式に風呂追焚機能を付加したものがある。このようなヒートポンプ給湯装置として特開２００２−１０６９６３号公報（特許文献１）に開示されたものがあり、これは浴槽（湯船）の湯を高温冷媒と熱交換する方式で、冷媒用伝熱管、貯湯用伝熱管及び風呂追焚用伝熱管を一体の水冷媒熱交換器（放熱器）内に設け、貯湯タンクの水を沸かす冷媒温度で浴槽の湯を加熱し、風呂追焚運転を行なっていた。

また、浴槽の湯を貯湯してある湯と熱交換する方式として、特開２００３−３３６８９４号公報（特許文献２）があり、貯湯用熱交換器とは別個に風呂用熱交換器を設け、この風呂用熱交換器で貯湯タンクに貯湯された一定温度の高温水と浴槽の残り湯とを熱交換し、風呂追焚運転を行なっていた。

この種ヒートポンプ給湯装置は空気調和機の室外機等と比較して能力の大きい圧縮機を使用する関係上、空気調和機等の室外機等に比較して圧縮機は大型化している。この為この圧縮機より出る騒音振動は空気調和機等と比較すると、大きな音、大きな振動となっていた。しかし、従来においては、この圧縮機が原因で出る騒音振動を遮断する提案がなされていなかった。

特開２００２−１０６９６３号 特開２００３−３３６８９４号

上記従来のヒートポンプ給湯装置においては、「電力料金の安い夜間に運転し、貯湯タンクにできるだけ多く貯める」という考え方が浸透しており、風呂追焚運転における加熱温度差による加熱効率（加熱能力÷消費電力で表わされＣＯＰともいう）については、余り検討されていなかった。

そのため、風呂追焚運転においては貯湯タンクの貯湯温度で加熱することが当然の如く考えられ、いずれの従来例においても、加熱側流体を貯湯温度相当の一定高温状態にして熱交換するもので、入浴中に追焚運転を行なうと、貯湯温度に近い高温の湯が戻らないような制御が必要となり、かつ、加熱効率の面から見ても最適な制御ではなかったため、周囲に大きな騒音振動を出す結果となり住宅密集地での使用には難があった。

また、給湯に必要な熱量は膨大であり、より多くの熱量を冷凍サイクルに取り込むためには、熱媒体である冷媒を多量に循環させるために容量の大きな圧縮機を高い回転数で運転する必要がある。家庭用を念頭に置くと、大容量の圧縮機を単独で用いるよりも複数の圧縮機を使用する構成のほうが現実的である。しかし、能力の大きさにかかわらず、圧縮機を２台以上並べて使用する給湯装置では圧縮機より出る騒音、振動を遮断する検討が必要と考えられるがそのような提案は見当たらなかった。

本発明は、上記、従来の課題を解決するためのもので、風呂追焚運転時における高温水戻りを解消し、ヒートポンプ運転の加熱効率を従来に対し大幅に向上させると共に、容量の大きい圧縮機から出る振動、騒音の小さいヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記従来のヒートポンプ給湯装置の風呂追焚運転における課題を解決するために、ヒートポンプ運転は減圧装置の冷媒絞り量を緩め、低速回転数とし、加熱温度を低くすると運転効率が良くなること、及び、熱交換器においても加熱側温度を低くすると周囲への熱放出が少なくなることに着目し、従来の貯湯温度にこだわらず風呂用熱交換器の加熱側流体温度を貯湯温度より低くすることにより、高温水戻りを解消し、かつ、加熱効率の向上を図る他、圧縮機が原因で出る騒音、振動を収納室内に封じ込めるようにしたものである。

即ち、圧縮機、水と冷媒との熱交換を行なう水冷媒熱交換器、減圧装置、空気と冷媒との熱交換を行なう蒸発器を、冷媒配管を介して順次接続したヒートポンプ冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で加熱した温水を貯めておくための貯湯タンク、流量調整弁及びこれらの部品間を接続する水配管からなる給湯回路と、浴槽の湯水と加熱側流体との熱交換を行なう風呂用熱交換器、前記浴槽内の湯水を循環する風呂循環ポンプ及びこれらの部品間を接続する水配管からなる風呂追焚回路と、前記圧縮機、減圧装置、流量調整弁、風呂循環ポンプの動作を制御する運転制御手段とを備え、風呂追焚運転は、水循環と共にヒートポンプ運転を行ない、前記風呂用熱交換器における加熱側流体温度を、タンク貯湯温度より低く、かつ、浴槽内から循環する残り湯の温度より高く制御するものである。風呂追焚運転時にヒートポンプ運転を行なって、貯湯タンクの温水を使用しないので、風呂追焚運転直後の給湯における湯切れの恐れがなくなる。

また、従来の風呂追焚運転におけるヒートポンプ運転が貯湯タンクの貯湯温度であったのに対し、本発明のヒートポンプ運転は貯湯温度より低い温度で運転するため、浴槽内の高温水戻りの恐れを解消すると共に、加熱効率の向上を図ることができるものである。

又、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒側伝熱管と給水回路から給水された水が流れる給水側伝熱管とで構成された水冷媒熱交換器と、減圧装置と、減圧された冷媒を蒸発させて、前記圧縮機に戻す蒸発器と、前記水冷媒熱交換器で加熱された温水を貯える貯湯タンクとを備え、前記圧縮機が収納された室の横の空間に貯湯タンクを配置したヒートポンプ給湯装置において、前記圧縮機を容量制御が可能な圧縮機とすると共に圧縮機を収納する圧縮機室には、圧縮機室の天井面及び圧縮機室の前面を覆う金属製の仕切り板があるものであるから、圧縮機から出る運転時の騒音は該金属製仕切り板により遮断され、ヒートポンプ給湯装置据付時、前方に大きな音となって出てこないものであるから住宅密集地での使用も可能になる等の効果を有するものである。

又、金属製の仕切り板は蒸発器下部に設置された金属製樋部に設けた取り付け部に固定するようにしたものであるから、仕切り板と樋が騒音を遮断することは勿論、質量を増したことにより振動等が給湯装置外に出るのが極力押えられるものである。

又、金属製ベース上に上記圧縮機を囲う金属製補強材を設け、この補強材で樋を支持するようにしたものであるから、補強板の質量加算も手伝って、騒音、振動が外部に出るのが押えられるものである。

又、圧縮機は前方及び側方が、本体外郭と上記仕切り板若しくは補強材とで二重に覆われる構造としたものであるから、圧縮機から出る振動、騒音は外郭の他、金属板等で二重に遮断されているので、音、振動は最小限に押えられ、しかも圧縮機室外に出ないものである。

又、圧縮機室を形成する仕切板に吸音材を取り付けたものであるから、圧縮機より出る振動、騒音は仕切板で遮断されると共に吸音材により吸収され、外部には出ないものである。

前記説明したように、本発明によれば、多量の給湯を必要とする時大きな容量で圧縮機を運転しても圧縮機から出る運転時の騒音振動は該金属製仕切り板若しくは補強材と本体外郭により遮断され振動はそれらのもつ質量に吸収され、ヒートポンプ給湯装置据付時、前方装置外に大きな音、振動となって出ないものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施例を図１によって説明する。
ヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ冷媒回路３０、給湯回路４０、および運転制御手段５０を備えて構成されている。

ヒートポンプ冷媒回路３０は各部品を２個ずつ有する２サイクル方式であり、圧縮機１ａ、１ｂ、水冷媒熱交換器２に配置される冷媒側伝導管２ａ、２ｂ、減圧装置３ａ、３ｂ、蒸発器４ａ、４ｂを、それぞれ冷媒配管を介して順次接続して構成されており、その中に冷媒が封入されている。

圧縮機１ａ、１ｂは容量制御が可能で、多量の給湯を行なう場合には大きな容量で運転される。ここで、圧縮機１ａ、１ｂはＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御及びこれらの組合せ制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば７０００回転／分）まで回転数制御されるようになっている。

水冷媒熱交換器２は冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ及び給水側伝熱管２ｃ、２ｄを備えており、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂと給水側伝熱管２ｃ、２ｄとの間で熱交換を行なうように構成されている。

減圧装置３ａ、３ｂとしては一般に膨張弁等が使用され、水冷媒交換器２を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として蒸発器４ａ、４ｂへ送る。また、減圧装置３ａ、３ｂは冷媒通路の絞り量を変えてヒートポンプ回路内の冷媒循環量を調節する働きや、前記絞り量を全開にして中音冷媒を蒸発器４ａ、４ｂに多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行なう。

また、蒸発器４ａ、４ｂは空気と冷媒との熱交換を行なう空気冷媒熱交換器で構成されている。

給湯回路４０は貯湯、直接給湯、タンク給湯、タンク追焚き、風呂湯張り、風呂追焚きを行なうための水循環回路を備えて構成されている。

貯湯回路は、貯湯タンク８、機内循環ポンプ９、水熱交水量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、貯湯タンク８が水配管を介して順次接続され構成されている。

直接給湯回路は、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交水量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５が水配管を介して順次接続されている。

なお、給水金具５は水道などの給水源に接続され、台所出湯金具１５は台所蛇口１６などに接続されている。

タンク給湯回路は、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、貯湯タンク８、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５が水配管を介して順次接続され構成されている。

タンク追焚回路は、貯湯タンク８、機内循環ポンプ９、水熱交水量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、貯湯タンク８が水配管を介して順次接続され構成されている。

風呂湯張り回路は、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交水量センサ１１、給水側伝熱管２ｃ、２ｄ、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、風呂注湯弁１７、フロースイッチ１８、風呂循環ポンプ１９、入出湯金具２０、風呂循環アダプター２１、浴槽２２が水配管を介して順次接続され構成されている。また、入出湯金具２０からは浴槽２２と共に風呂蛇口２６やシャワー（図示せず）にも給湯できるよう接続されている。

なお、風呂湯張り時には、上記風呂湯張り回路による直接給湯と共に、貯湯タンク８内の湯量が最小必要量以下にならない範囲において貯湯タンク８から浴槽２２へのタンク給湯も行なう。

風呂追焚回路は、浴槽２２、風呂循環アダプター２１、入出湯金具２０、風呂循環ポンプ１９、フロースイッチ１８、風呂水伝熱管２３ｂ、風呂出湯金具２４、風呂循環アダプター２１、浴槽２２が水配管を介して順次接続され構成されている。

尚、風呂追焚き時には、上記風呂追焚回路による浴槽水の水循環と共に、ヒートポンプ運転及び機内ポンプ９を運転し、水冷媒熱交換器２で加熱された温水を風呂用熱交換器２３に設けられた温水伝熱管２３ａに循環させ、該温水伝熱管２３ａと風呂水伝熱管２３ｂとの間で熱交換し、風呂追焚きを行なうものである。

次に、運転制御手段５０は、台所リモコン５１及び風呂リモコン５２の操作設定により、ヒートポンプ冷媒回路３０の運転・停止並びに圧縮機１ａ、１ｂの回転制御を行なうと共に、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量調整、機内循環ポンプ９、風呂循環ポンプ１９の運転・停止及び給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、風呂注湯弁１７、湯水開閉弁２５を制御することにより、貯湯運転、直接給湯運転、タンク給湯運転、タンク追焚運転、風呂湯張り運転、風呂追焚運転を行なうものである。

また、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を制御し、運転開始直後には加熱立上げ時間を早めるため所定の高速回転数で運転し、比較的熱負荷の軽い風呂追焚運転の時は加熱温度に見合った低速回転数で運転するよう制御する。

また、水使用端末における給湯使用後は、タンク貯湯運転を行なってから運転停止することにより、いつでも貯湯タンク内は所定の温度の湯が満タンに貯湯された状態になっているよう制御する毎回貯湯運転機能を有している。

更に、ヒートポンプ給湯装置には、給水温度を検知する給水サーミスタ７ａ、水冷媒熱交換器２の出湯温度を検知する熱交サーミスタ２ｅ、貯湯タンク８の貯湯温度及び貯湯量を検知するタンクサーミスタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、給湯温度を検知する給湯サーミスタ１４ａ、浴槽水の温度を検知する風呂サーミスタ１８ａ、及び圧縮機１ａ、１ｂの吐出圧力を検知する圧力センサ１ｃ、１ｄ、浴槽２２内の水位を検出する水位センサ２２ａが設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力されるように構成されている。運転制御手段５０はこれらの信号に基づいて各機器を制御するものである。

なお、湯水開閉弁２５は、水冷媒熱交換器２と風呂用熱交換器２３の間に設け、風呂追焚き時以外は水回路を閉じて水冷媒熱交換器２から風呂用熱交換器２３への熱の漏洩を防ぐためのものである。

また、給水逆止弁１０は、一方向にのみに水を流し、逆流を防止するものであり、逃がし弁２７は、貯湯タンク８内の温水圧力が所定以上になった場合に作動して水回路部品の圧力保護の働きをするものである。

次に、本ヒートポンプ給湯装置の運転動作について、図１のヒートポンプ回路３０及び給湯回路４０を参照にしながら図２〜図６のフローチャートに基づいて説明する。

図２は、据付時に必要操作を示すフローチャートの一実施例である。

ヒートポンプ給湯装置は、製造場所から運搬されて使用者の希望する設置場所に据付けられ、給水金具５は、水道等の給水源に、台所出湯金具１５は台所蛇口１６に、風呂出湯金具２４は風呂蛇口２６に接続された（ステップ６０）後、空気抜き用に蛇口１６、２６または逃がし弁２７を開放し（ステップ６１）、給水源の元栓を開放する（ステップ６２）と、給水源から機内給水が開始され、水は減圧弁６によって一定圧力に減圧調整された後、貯湯タンク８及び水冷媒熱交換器２並びに各水配管内に流入する（ステップ６３）。蛇口１６、２６または逃がし弁２７からの水溢れ出しにより機内が満水状態になったことを確認（ステップ６４）した後、蛇口１６、２６または逃がし弁２７を閉止し、機内給水が終了する（ステップ６５）。

なお、ヒートポンプ給湯装置の据付時の各機器は次のような初期状態に設定されている。即ち、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３は両方向状態、流量調整弁１４、水開閉弁２５は開状態、風呂注湯弁１７は閉状態となっている。

次に電源スイッチを投入し（ステップ６６）、浴槽水張り運転を行なう（ステップ６７）。

浴槽水張り運転は、風呂注湯弁１７を開き浴槽に水が溢れるまで注水し（ステップ６８）、水位センサ２２ａや給水水量センサ７により浴槽の容量を自動計算し（ステップ６９）、浴槽の容量設定（ステップ７０）を行ない、設定以降の風呂自動運転における風呂湯張りや風呂追い焚き時の湯量制御等に活用するものである。従って、上記浴槽水張り運転はヒートポンプ給湯装置設定時の一回のみ必要とするものである。

次に図３は、貯湯タンクの水を沸き上げる貯湯運転動作を示すフローチャートの一実施例である。

運転制御手段５０の制御により貯湯運転の指示が出る（ステップ７１）と、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄにより貯湯温度及び貯湯量の判定が行なわれ（ステップ７２）、規定内であればそのまま運転せず、貯湯水が使用されて規定以下に減っていれば貯湯運転が開始される（ステップ７３）。

この貯湯運転（ステップ７３）では、圧縮機１ａ、１ｂの運転が開始され、圧縮機１ａ、１ｂ内のガス状冷媒が圧縮加熱され高温高圧の冷媒となって水冷媒熱交換器２に送り込まれる。これによって、水冷媒熱交換器２では、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ内を流れる高温冷媒と給水側伝熱管２ｃ、２ｄ内を流れる水とが熱交換し、冷媒は放熱し、水は加熱される。放熱された冷媒は減圧装置３ａ、３ｂで減圧され、更に蒸発器４ａ、４ｂで膨張蒸発してガス状となり再び圧縮機１ａ、１ｂに戻る。このヒートポンプ運転を続けることにより、水冷媒熱交換器２内を通過する水が加熱される。

ヒートポンプ運転において、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を上げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を大きくすると加熱能力は増すが、機械ロスや熱ロスが増えて運転効率は下がる。逆に圧縮機１ａ、１ｂの回転数を下げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を少なくすることにより、加熱能力は落ちるが、機械ロスや熱ロスが減少し、相対的に運転効率は向上する。即ち、ヒートポンプによる加熱運転においては、低い温度で時間をかけて加熱することが加熱効率の向上になると言える。

貯湯運転（ステップ７３）においては、前記ヒートポンプ運転と共に、貯湯回路において給湯混合弁１２は水冷媒交換器２側から、貯湯タンク８側を開、湯水混合弁１３側を閉とし、湯水開閉弁２５を閉とする（ステップ７３ａ）。さらに、機内循環ポンプ９の運転が開始され、貯湯タンク８の下部の通水口から、機内循環ポンプ９、水熱交水量センサ１１、水冷媒熱交換器２、給湯混合弁１２、貯湯タンク８へ水が循環する。これにより、水冷媒熱交換器２で加熱された温水が貯湯タンク８の上部より貯湯されてゆき、貯湯タンク８全体が沸き上がった状態に達すると貯湯完了と判定し（ステップ７６）、運転を停止する（ステップ７７）。

なお、水熱交換器２から出湯する加熱水の温度が適切であるか否かを判定する出湯温度判定（ステップ７４）は、熱交サーミスタ２ｅにより行なわれ、出湯温度が規定値内の場合は貯湯運転をそのまま継続（ステップ７５）し、規定値外の場合は圧縮機１ａ、１ｂの回転数制御、減圧装置３ａ、３ｂの絞り量調整、機内循環ポンプ９の回転数制御により出湯温度の調整を行なう（ステップ７４ａ）。

貯湯温度及び貯湯量の判定は、前記タンクサーミスタ８ａ〜８ｄによって行なわれ、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄの全てが規定温度内に達すれば貯湯完了と判断し、運転停止し、タンク貯湯は終了する（ステップ７７）。

図４は台所蛇口１６を開けて給湯使用する場合の動作を示すフローチャートの一実施例である。
台所蛇口１６を開けて湯水使用が始まる（ステップ８０）と、運転制御手段５０は、圧縮機１ａ、１ｂを始動させヒートポンプ回路３０の運転を開始すると共に、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、給水逆止弁１０、水熱交水量センサ１１、水冷媒熱交換器２、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５、台所蛇口１６の給湯回路により直接給湯運転（ステップ８１）を行なう。同時に、給水金具５、減圧弁６、給水水量センサ７、貯湯タンク８、給湯混合弁１２、湯水混合弁１３、流量調整弁１４、台所出湯金具１５、台所蛇口１６の給湯回路によりタンク給湯運転（ステップ８２）を行なう。

ここで、ヒートポンプ冷媒回路３０は、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮された高温冷媒を水冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａ、２ｂに送り込み、給水側伝熱管２ｃ、２ｄから流入する水を加熱して給湯混合弁１２側へ流出するが、運転立ち上がり時は水冷媒熱交換器２に送り込まれてくる冷媒が充分に高温高圧となりきらず温度が低く、かつ水冷媒熱交換器２全体が冷えているため、水を加熱する加熱能力が充分でない。時間の経過と共に冷媒は高温高圧となり、それに従って、発生する冷媒からの放熱量が増加し、水への加熱能力が増してゆく。

また、ヒートポンプ運転の加熱能力が高温安定状態に達するまでには通常約５〜６分掛かるため、運転制御手段５０は、運転開始直後の高温安定状態に達するまでの所定時間は、圧縮機の回転数を通常より高速回転にして運転制御し、水加熱給湯運転の立ち上がり時間を約３〜４分程度に短縮できるが、運転開始直後の所定時間（約４〜５分程度）は貯湯タンクから湯を供給するタンク給湯運転（ステップ８２）を行なった後、運転制御手段５０が動作してタンク給湯運転を停止（ステップ８４ｂ）して、直接給湯運転のみに切換え給湯運転を継続（ステップ８５）する。

この間において、給湯サーミスタ１４ａ、給水水量センサ７により給湯温度及び流量の判定（ステップ８３）を行ない、規定外であれば温度、流量を調整（ステップ８４ａ）し、規定内であれば更に直接給湯温度の判定（ステップ８４）を行なう。

直接給湯温度の判定（ステップ８４）において、水冷媒熱交換器２における加熱温度が不十分で、直接給湯温度が規定温度に達しない状態ではヒートポンプ運転の温度流量調整（ステップ８４ａ）を継続し、タンク給湯運転（ステップ８２）と併用する。また、水冷媒熱交換器２における加熱温度が給湯温度に充分なまでに高まり、直接給湯温度が規定内に達すればタンク給湯運転を停止（ステップ８４ｂ）し、直接給湯運転（ステップ８１）単独にて給湯を継続する（ステップ８５）。

従って、貯湯タンク８の役割は、ヒートポンプ運転の加熱能力が、給湯温度（通常４０〜４２℃）に充分な温度に達するまでの立上がり時の補助的なものであり、ヒートポンプ冷媒回路３０の能力、特に圧縮機出力が大きいほど、立上げ時間を短くでき、貯湯タンク８を小さくできる。

また、風呂湯張りと同時に台所給湯を行なう等のように複数箇所の同時使用に直接給湯のみで対応するには、圧縮機１ａ、１ｂの容量は、従来一般に用いられている５ＫＷ程度より４倍以上の２０ＫＷ程度まで大きくすることが望ましいが、新規圧縮機の開発が必要であるばかりでなく、ヒートポンプ冷媒回路３０の各部品共新規検討が必要となり、極めて困難である。そこで本発明の実施例においては、従来圧縮機の２倍程度の圧縮機を２倍使用した２サイクルヒートポンプ方式３０ａ、３０ｂとし、従来技術の活用と、実績による信頼性を確保したものであり、圧縮機の容量が充分であれば、１サイクルヒートポンプ方式においても本発明の適用・効果は変わらない。

次に、蛇口が閉じられ湯水使用が終了する（ステップ８６）と、タンク給湯運転が停止され直接給湯運転のみであれば直接給湯運転を停止し、湯水使用直後でタンク給湯運転と直接給湯運転が併用されている場合は、直接給湯運転及びタンク給湯運転の両方を停止する。（ステップ８７）
更に運転制御手段５０は、タンク給湯運転及び直接給湯運転を共に停止（ステップ８７）した後、必ずタンク貯湯運転（ステップ８８）を開始し、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄによって貯湯温度、貯湯量を検知し、貯湯完了した判定（ステップ８９）し、規定値内になってから運転停止し、タンク貯湯を終了する（ステップ９０）。

但し、タンクサーミスタ８ａ〜８ｄによるタンク貯湯状態の検知は、常時行われており、極めて短時間使用のため水加熱給湯運転停止後でも貯湯タンク８に湯温、湯温共に所定値以上残っている場合は貯湯完了と判定されタンク貯湯運転（ステップ８８）は行われない。

以上のように、運転制御手段５０には、あらゆる運転において目的とする運転を終了した後に、必ず貯湯完了するまでタンク貯湯運転（ステップ８８）を行なう毎回貯湯運転機能を有しているので、貯湯タンク８には常に所定温度の湯が所定量以上貯まっており、運転立上がり時の湯温以下や使用途中の湯切れの心配が解消できる。

図５は、風呂自動運転による湯張り動作を示すフローチャートの一実施例である。

風呂自動ボタンを押してＯＮしておき（ステップ９１）、設定時刻が来ると、風呂湯湯張り運転が開始（ステップ９２）し、風呂注湯弁１７が開き、風呂給湯が行なわれる（ステップ９３）。

該風呂給湯（ステップ９３）は、図４にて説明した湯水使用と同様に直接給湯運転とタンク給湯運転が併用される。即ち、ヒートポンプ運転開始直後４〜５分間は直接給湯運転とタンク給湯運転を併行して行ない、直接給湯温度が安定状態に達すると、タンク給湯運転を停止し、直接給湯運転のみとなる。

また、風呂給湯運転中は、風呂サーミスタ１８ａで風呂給湯温度を検知して給湯温度を判定（ステップ９４）し、規定外であれば温度調整を行ない（ステップ９４ａ）、規定内であれば風呂給湯を継続する（ステップ９５）。

更に、水位センサ２２ａで浴槽内水位を検知し、風呂湯張り量を判定する（ステップ９６）。

該風呂湯張り量判定（ステップ９６）において、規定外のうちは風呂給湯を継続（ステップ９５）し、規定内に達すると風呂給湯及びヒートポンプ運転を停止（ステップ９７）し、風呂湯張り運転は終了する（ステップ９８）。

図６は、風呂自動運転による風呂追焚を示すフローチャートの一実施例である。

風呂自動ボタンを押してＯＮしておき（ステップ１００）、設定時刻になると、前記図５に説明した風呂湯張り運転を開始（ステップ１０１）し、その後風呂湯張り運転を終了する（ステップ１０２）と、風呂保温運転が開始される（ステップ１０３）。

風呂湯張り運転終了（ステップ１０２）後は、風呂サーミスタ１８ａで湯張りを検知し、浴槽内湯温判定（ステップ１０４）において判定値内であれば風呂保温を継続し、規定値以下の場合は風呂追焚運転を行なう（ステップ１０５）。また、水位センサ２２ａで所定時間（例えば１０分）毎に浴槽内の湯量を検知し、風呂湯張り量判定（ステップ１０６）において規定値内であれば風呂保温を継続し、規定値以下の場合は風呂足し湯（ステップ１０７）を行なう。

さらに、風呂自動運転の設定時間を経過すると、風呂保温運転を終了（ステップ１０８）し、風呂自動運転が終了する（ステップ１０９）。

次に、前記風呂追焚運転（ステップ１０５）における熱効率について説明する。

図７は、前記実施例図１に示す当社のヒートポンプ給湯装置における風呂熱交換器２３の加熱側流体と浴槽水との温度差と、加熱効率（ＣＯＰ）の関係を表わしたもので、温度差が小さいほど加熱効率が高く、温度差が約１０Ｋの時が最高値となる。

図８は、複数回入浴する場合で、一例として、３０℃まで湯冷めした浴槽水をほぼ適温の４０℃まで風呂追焚運転するときの追焚時間経過と、加熱側流体温度及び浴槽側循環水温度の変化を示す。

図８の線Ｙは浴槽側循環水温度を示し、追焚開始時は３０℃で追焚終了時は４０℃に加熱されることを示す。

線Ｔは従来の加熱側流体温度を示し、貯湯タンクの貯湯温度約６５℃一定であるため、浴槽側循環水温度との差は、２５Ｋ〜３５Ｋの温度差があり、図７の加熱効率において最適値からはかなり外れていた。

線Ａは本発明の加熱側流体温度の一例を示し、加熱側流体温度と浴槽側循環水温度との温度差を、追焚開始から追焚終了まで加熱効率が最高値となる一定値（約１０Ｋ）としたもので、追焚時間に関係なく加熱効率を最優先する場合に適している。

線Ｂは浴槽循環水温度が低い追焚開始時は高温で加熱し、追焚き時間の経過と共に加熱側流体温度を徐々に下げていくもので、加熱効率は前記線Ａよりは落ちるが、従来（線Ｔ）より高く、追焚時間を重視した追焚運転を行なうことができる。

図９は、節水の配慮から翌日風呂追焚して入浴する場合で、一例として、２０℃まで湯冷めた浴槽水をほぼ適温の４０℃まで風呂追焚運転する時の追焚時間経過と、加熱側流体温度及び浴槽側循環水温度の変化を示す。線Ｙ及び線Ｔは前記図８と同じく、浴槽側循環水温度および従来の加熱側流体温度を示す。

線Ｃは追焚き時間の経過と共に加熱側流体温度を徐々に上げていくものであるが、追焚開始時の浴槽側循環水温度が低いので、追焚開始時の温度差を大きくしたもので、熱効率を重視すると共に追焚時間も考慮した追焚運転を行なうことができる。

線Ｄは追焚運転における温度制御を単純化するため、加熱側流体温度を段階的に変化させるもので、サーミスタの温度追従性等によるバラツキ要因を少なくできる。

線Ｅは線Ｄの考え方を更に推し進めたもので、加熱側流体温度を追焚時間経過に関係なく貯湯温度より低い一定温度としたもので、浴槽側循環水温度が低いほど追焚開始時の温度差が大きく、追焚時間に配慮した一定のヒートポンプ運転を行なうことができる。

なお、線Ａ〜線Ｅは、図８、図９に分けて説明したが、浴槽側循環水温度の高低にかかわらず適用して効果を得ることができる。

以上、線Ａ〜線Ｅで示した追焚運転はそれぞれに特徴があり、これらのうち、いずれか複数を追焚運転モードとしてヒートポンプの運転制御手段に組込み、浴槽の残り湯温度に応じて、前記風呂追焚運転モードを選択できるようにすることにより、残り湯温度や時間帯、季節等に応じて適切な風呂追焚運転が行なえるものである。

次に本発明の別の実施例を図１０によって説明する。

図１０は、ヒートポンプの加熱能力が非常に大きく、給湯運転が、貯湯タンクなしで直接給湯のみで対応できる場合の実施例を示す。

ヒートポンプ冷媒回路３０、給湯回路４０、運転制御手段５０の部品構成は、いずれも実施例１とほぼ同等であり、相違点は、貯湯タンクとその関連部品がなく、かつ風呂用熱交換器２３の構成が異なる点である。

即ち、実施例１において給湯運転時は、運転開始直後にタンク給湯と直接給湯を併用していたが、本実施例２では直接給湯のみで対応するため、図１における貯湯タンク８、機内循環ポンプ９、水熱交水量センサ１１、給湯混合弁１２等が削除できる。

また、図１０において、ヒートポンプ冷媒回路の一方３０ａには、冷媒開閉弁２８を２個使用し、圧縮機１ａと水冷媒熱交換器２の間、及び圧縮機１ａと風呂用熱交換器に設け、風呂追焚き時は冷媒を風呂用熱交換器２３側へ循環させ、それ以外の運転時は冷媒を水冷媒熱交換器２側へ循環するように制御し、加熱負荷の軽い風呂追焚き時には、一方のヒートポンプ冷媒回路３０ａのみを運転し、かつ、水冷媒熱交換器２側へは冷媒を循環しないので、熱ロスを少なくし、より一層の熱効率向上が図れる。

上記のヒートポンプ構成においても本発明の風呂追焚運転の改善効果は全くかわらず、加熱側流体温度を従来のタンク貯湯温度より低く、浴槽内から循環する残り湯温度より高く設定することにより、高温水戻りの恐れが少なくなり、加熱効率の向上が図れる。

以上の如く本実施例は、風呂熱交換器２３における加熱側流体が温水でも冷媒であっても適用でき、貯湯タンク８の有無や、ヒートポンプ冷媒回路３０の単複数に関係なく適用でき、充分な効果を有するものである。

以上の如く構成されたヒートポンプ給湯装置、特にヒートポンプ冷媒回路を構成する圧縮機及び蒸発器等の設置構造は、図１１〜図１５に示す通りである。これを図において説明する。

尚図１１は本実施形態１、２のヒートポンプ給湯装置の正面図であり、前面板を取り除いた図である。図１２は図１１のＡ−Ａ断面相当図であり、図１３は図１２より金属製仕切り板を取り除いた図であり、図１４は図１２のＢ−Ｂ断面図であり、図１５は図１３の矢印Ｐ方向斜視図である。

図において、３１は給湯装置本体、１ａ、１ｂは圧縮機、２は水冷媒熱交換器、３ａ（３ｂ）は減圧装置、４ａ（４ｂ）は蒸発器、８は貯湯タンク、３２は上記圧縮機１ａ、１ｂ、減圧装置３ａ（３ｂ）を収納する圧縮機室、３３は蒸発器４ａ、４ｂ及び送風機３４、３５を収納する蒸発器室、３６は水冷媒熱交換器２、及び貯湯タンク８を収納する貯湯タンク室。３７は第２の仕切り板で、貯湯タンク室３６と蒸発器室３３、圧縮機室３２とを区画している。３８は圧縮機室３２の底面及び貯湯タンク室３６の底面を形成するベースで例えば２、３ｔ〜３、２ｔの鉄板で作られている。

３９は蒸発器室３３と圧縮機室３２間を仕切る仕切り板であって薄板鉄板で作られている。この仕切り板３９は図に示す如く、Ｌ字状をなし天井面３９ａは蒸発器４ａ、４ｂ下部に設けられた露受樋４９に一体若しくは別体で設けられた取り付け部４１にネジ４２等をもって固定されており、立上り面３９ｂは圧縮機室３２の前面を覆い遮蔽する。即ちこの仕切り板３９は金属製露受樋４９の取り付け部４１に二辺（側端及び背端）がネジ４２止めされ、他の一辺は第２の仕切り板３７に当接若しくは緩衝材を介して当接し、残りの立ち上がり面３９ｂはこれまたベース３８に当接若しくは緩衝材を介して当接し、圧縮機室３２を外部と隔離している。この結果圧縮機１ａ、１ｂは仕切り板３９の他ヒートポンプ給湯装置の外郭を形成するキャビネットにより覆われている。即ち、圧縮機室３２は装置外と二重に遮断されていると言うことである。

４３は先の露受樋４０をベース３８上で蒸発器４ａ、４ｂの下端に位置させる補強材。この補強材４３は圧縮機室３２の側面及び背面にわたって設けられている。
又この補強材４３の外側には給湯装置本体３１の外郭を形成する金属製側板４４背面板４５が位置している。

更に正面側（図２では手前側）は仕切り板３９と金属製前面板４６（外郭）により圧縮機室３２は二重に外部と遮断されている。

更に貯湯タンク室３６側の圧縮機室３２は第２の仕切り板３７並びに側板４７により、これまた二重に外部と遮断されている。

換云すると給湯装置本体３１の運転時に発生する圧縮機１ａ（１ｂ）より発生する運転音（騒音、振動）は上記二重の金属板により遮断され外部に出る騒音、振動は小さく押えられるものである。

４８は仕切板３９に取り付けられた吸音材である。この吸音材４８は二つの圧縮機１ａ、１ｂより出る運転音（騒音）を吸収すべく図の如く仕切板３９に取り付けられているものである。

本発明の圧縮機１ａ、１ｂはＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）を利用して容量可変とし、大きな運転を行なうものである。

この時通常運転では問題にされなかった騒音、振動が大きくなり現われる。

本発明においては、この高速運転時圧縮機１ａ、１ｂより出る騒音、振動が給湯装置本体３１外に出て行くのを防止すべく、圧縮機室３２を給湯装置本体３１の外郭を形成する側板４４、前面板４６等の他に補強材４３を設け、仕切板３９を設け、圧縮機室３２を鉄板で囲み、該圧縮機１ａ、１ｂより出る騒音、振動を遮断するようにしたものである。

本発明は以上説明した如き構成を有するものであるから、二つの圧縮機１ａ、１ｂを２個使用したヒートポンプ給湯装置の貯湯運転では先にも説明した如く、圧縮機１ａ、１ｂの運転が開始されると、圧縮機１ａ、１ｂ内のガス状冷媒が圧縮加熱され、高温高圧の冷媒となって水冷媒熱交換器２に送り込まれる。

これによって、水冷媒熱交換器２では冷媒側伝熱管２ａ、２ｂ内を流れる高温冷媒と給水側伝熱管２ｃ、２ｄ内を流れる水とが熱交換し、冷媒は放熱して水は加熱される。放熱された冷媒は減圧装置３ａ、３ｂで減圧され、更に蒸発器４ａ、４ｂで減圧され、更に蒸発器４ａ、４ｂで膨張蒸発してガス状となり再び圧縮機１ａ、１ｂに戻る。このヒートポンプ運転を続けることにより、水冷媒熱交換器２内を通過する水が加熱される。

上記ヒートポンプ運転において、圧縮機１ａ、１ｂの回転数を上げ、減圧装置３ａ、３ｂの冷媒絞り量を大きくすると加熱能力は増すが圧縮機１ａ、１ｂから出る騒音、振動は拡大する。

この時にあって、圧縮機室３２内の圧縮機１ａ、１ｂは仕切り板３９並びに補強材４３及び給湯装置本体の外郭を形成するキャビネット（前面板４６、側板４４、背面板４５）により２重に外気と遮断される。

このことにより、圧縮機１ａ、１ｂの温度が高く出来、吐出ガス温度を高くすることは勿論、圧縮機１ａ、１ｂより出る騒音、振動は遮断され、据付けられた給湯装置本体外には、出ないものである。即ち、圧縮機１ａ、１ｂが原因して出た騒音及び振動が給湯装置本体の前方に出ようとしても、先ず仕切り板３９の立ち上がり面３９ｂに遮断され、音は吸音され振動は減衰される。そして小さくなった騒音、振動は給湯装置本体の外郭を形成する前面板により更に遮断され、前方には大きな騒音、振動となって前方に出ないものである。

更に吸音材を設け、金属製露受樋補強材の設置により質量が増し騒音、振動の遮断効果は更に拡大するものである。

側方背面に付いても前記前方同様圧縮機より出る騒音、振動は減衰され使用者への影響は最小限に抑えられるものである。

本発明は以上説明した如き構成を有するものであるから、次の如き効果を有するものである。

即ち、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒側伝熱管と給水回路から給水された水が流れる給水側伝熱管とで構成された水冷媒熱交換器と、減圧装置と、減圧された冷媒を蒸発させて、前記圧縮機に戻す蒸発器と、前記水冷媒熱交換器で加熱された温水を貯える貯湯タンクとを備え、前記圧縮機が収納された室の横の空間に貯湯タンクを配置したヒートポンプ給湯装置において、前記圧縮機を容量制御が可能な圧縮機とすると共に圧縮機を収納する圧縮機室には、圧縮機室の天井面及び圧縮機室の前面を覆う金属製の仕切り板があるものであるから、圧縮機から出る運転時の騒音は該金属製仕切り板により遮断され、ヒートポンプ給湯装置据付時、前方に大きな音となって出てこないものである。

又、金属製の仕切り板は蒸発器下部に設置された金属製樋部に設けた取り付け部に固定するようにしたものであるから、仕切り板と樋が騒音を遮断することは勿論、質量を増したことにより振動等が給湯装置外に出るのが極力押えられるものである。

又、金属製ベース上に上記圧縮機を囲う金属製補強材を設け、この補強材で樋を支持するようにしたものであるから、補強板の質量加算も手伝って、騒音、振動が外部に出るのが押えられるものである。

又、圧縮機は前方及び側方が、本体外郭と上記仕切り板若しくは補強材とで二重に覆われる構造としたものであるから、圧縮機から出る振動、騒音は外郭の他、金属板等で二重に遮断されているので、音、振動は最小限に押えられ、しかも圧縮機室外に出ないものである。

又、圧縮機室を形成する仕切板に吸音材を取り付けたものであるから、圧縮機より出る振動、騒音は仕切板で遮断されると共に吸音材により吸収され、外部には出ないものである。

本発明のヒートポンプ給湯装置におけるヒートポンプ冷媒回路、給湯回路、運転制御手段、及び部品の概略構成の一実施例を示す模式図である。 本発明のヒートポンプ給湯装置における、据付け及び配管接続時の確認動作を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯装置における、貯湯運転時の動作を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯装置における、湯水使用時の動作を示すフローチャートである。 風呂自動運転における風呂湯張り時の動作を示すフローチャートである。 風呂自動運転における風呂保温時の動作を示すフローチャートである。 風呂用熱交換器の加熱側流体と浴槽水との温度差と、加熱効率の関係の一例を示す線図である。 浴槽の残り湯が少し冷めた場合における、風呂追焚時間経過と、浴槽水の温度変化及び加熱側流体の温度設定値を示す線図である。 翌日の追焚運転のように浴槽の残り湯がかなり冷めた場合における、風呂追焚時間経過と、浴槽水の温度変化及び加熱側流体の温度設定値を示す線図である。 本発明のヒートポンプ給湯装置における第２の実施例を示すヒートポンプ冷媒回路、給湯回路、運転制御手段、及び部品の概略構成の模式図である。 本実施形態のヒートポンプ給湯装置の正面図であり、前面板を取り除いた図である。 図１１のＡ−Ａ断面相当図である。 図１２より金属製仕切り板を取り除いた図である。 図１２のＢ−Ｂ断面図である。 図１３の矢印Ｐ方向斜視図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ…圧縮機 １ｃ、１ｄ…圧力センサ ２…水冷媒熱交換器 ２ａ、２ｂ…冷媒側伝熱管 ２ｃ、２ｄ…給水側伝熱管 ２ｅ…熱交サンサ ３ａ、３ｂ…減圧装置 ４ａ、４ｂ…蒸発器 ５…給水金具 ６…減圧弁 ７…給水水量センサ ７ａ…給水サーミスタ ８…貯湯タンク ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…タンクサーミスタ ９…機内循環ポンプ １０…給水逆止弁 １１…水熱交水量センサ １２…給湯混合弁 １３…湯水混合弁 １４…流量調整弁 １４ａ…給湯サーミスタ １５…台所出湯金具 １６…台所蛇口 １７…風呂注湯弁 １８…フロースイッチ １８ａ…風呂サーミスタ １９…風呂循環ポンプ ２０…入出湯金具 ２１…風呂循環アダプター ２２…浴槽 ２２ａ…水位センサ ２３…風呂用熱交換器 ２３ｂ…風呂水伝熱管 ２３ｄ…風呂水伝熱管 ２４…風呂出湯金具 ２５…湯水開閉弁 ２６…風呂蛇口 ２７…逃がし弁 ２８…冷媒開閉弁 ３０…ヒートポンプ冷媒回路 ３１…給湯装置本体 ３２…圧縮機室 ３３…蒸発器室 ３４…送風機 ３５…送風機 ３６…貯湯タンク室 ３７…第２の仕切り板 ３８…ベース ３９…仕切り板 ３９ａ…天井面 ３９ｂ…立ち上がり面 ４０…給湯回路 ４１…取り付け部 ４２…ネジ ４３…補強材 ４４…側板 ４５…背面板 ４６…前面板 ４７…側板 ４８…吸音材 ４９…露受樋 ５０…運転制御手段 ５１…リモコン ５２…風呂リモコン。

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒側伝熱管と給水された水が通る給水回路からの水が流れる給水側伝熱管とを有する水冷媒熱交換器と、減圧装置と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記水冷媒熱交換器で加熱された温水を貯える貯湯タンクとを備え、前記圧縮機が収納された圧縮室の横の空間に貯湯タンクを配置したヒートポンプ給湯装置において、前記圧縮機を容量制御が可能な圧縮機とすると共に、前記圧縮機室の天井面及び圧縮機室の前面を覆う金属製の仕切り板があることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 金属製の前記仕切り板は、前記蒸発器下部に設置された金属製樋部に設けられた取り付け部に固定されたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 金属製のベース上に上記圧縮機を囲う金属製補強材を設け、この補強材で前記樋部を支持したことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 前記圧縮機はその前方及び側方が、本体外郭と上記仕切り板若しくは補強材とで二重に覆われたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 前記圧縮機室の一部となる前記仕切り板に、吸音材を取り付けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
   

Images