JP2002054845A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機より吐出された加熱度領域の高圧冷媒
と小流量の給湯用水とを熱交換させることで高温（８０
℃程度）の給湯出力を得るヒートポンプ給湯装置を実現
する。 【解決手段】 第１、第２の給湯用熱交換器５から受熱
する第１の伝熱管５ｂおよび第２の伝熱管６ｂを有し、
第１の伝熱管５ｂを流通させる流量を制御する第１の流
量調整弁２ａと、第１の流量調整弁２ａを制御し、所望
温度の給湯用水を出湯させる制御装置１６とを備え、制
御装置１６は、第１の流量調整弁２ａの弁開度を大きく
し、第２の伝熱管６ｂで受熱された給湯用水を第１の伝
熱管５ｂに対し大流量を流通させ、低中温の給湯用水を
出力させる低中温出力手段２４０と、第１の流量調整弁
２ａの弁開度を小さくし、第２の伝熱管６ｂで受熱され
た給湯用水の一部を第１の伝熱管５ｂに対し小流量を流
通させ、高温の給湯用水を出力させる高温出力手段２９
０とを有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプサイ
クルを用いた給湯装置に関するものであり、特に、高温
の給湯用水の出力に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプサイクルを用いた給湯装置
では、図６に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機１０
１、給湯用水と熱交換を行う伝熱管１０２を配設した給
湯用熱交換器１０３、膨張弁１０４、蒸発用熱交換器１
０５およびアキュームレータ１０６を順に環状に冷媒配
管で接続して伝熱管１０２に給湯用水を流して給湯用熱
交換器１０３より受熱させて温水を出力するヒートポン
プ給湯装置が知られている。また、この給湯水通路に
は、給湯用水を蓄える貯湯槽１０７を備えており、循環
ポンプ１０８などを用いて貯湯槽１０７の下方部から低
温の給湯用水を取り入れ伝熱管１０２に循環させること
で徐々に貯湯槽１０７内の給湯用水を昇温させるように
構成されている。そして、使用冷媒を、例えばフロン２
２を用いたヒートポンプ給湯装置では、５５〜６０℃程
度の給湯用水を貯湯槽１０７内に蓄えておいて、この貯
湯槽１０７の上方部から給湯用水を取り出し給湯配管１
０９を介して洗面、台所および浴室などの給湯の用途と
して市水などと混合して使用されるものである。このよ
うな給湯運転では、圧縮機の入力エネルギに対して通常
２〜４程度の出力エネルギーを得ることができ成績効率
が良い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、浴槽へ
の差し湯など湯張りされた湯の温度を高めるために、高
温（例えば８０℃程度）の出湯が必要なときが多々あ
る。ところが、上述のヒートポンプによる給湯装置で
は、冷凍サイクル部品や機器の耐圧などから高温（例え
ば８０℃程度）の給湯出力を得ることが困難なため、一
般的には貯湯槽１０７内に設けられた別の電気ヒータ１
１０などの加熱器を用いて予め貯湯槽１０７内の給湯用
水を沸きあげて対応していた。

【０００４】これによれば、高温の給湯を得ることがで
きるが、一般的に湯量を多く必要としないため貯湯槽１
０７内の全容量の給湯用水を沸きあげることにより必要
以上のエネルギー消費を招く。しかも、電気ヒータ１１
０での沸き上げは、入力エネルギー１に対して１以上の
出力を得ることができないので成績効率が悪い。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記点に鑑み、
圧縮機より吐出された加熱度領域の高圧冷媒と小流量の
給湯用水とを熱交換させることで高温（８０℃程度）の
給湯出力を得るヒートポンプ給湯装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１〜６記載の技術的手段を採用する。

【０００７】すなわち、請求項１の発明では、圧縮機
（４）、圧縮機（４）より吐出された高圧冷媒と給湯用
水とを熱交換する伝熱手段（５ｂ、６ｂ）を配設した給
湯用熱交換器（５、６、１７）、膨張弁（７）、蒸発用
熱交換器（８）およびアキュームレータ（９）を順に環
状に冷媒配管で接続し、伝熱手段（５ｂ、６ｂ ）に給
湯用水を流して温水を出力するヒートポンプ給湯装置に
おいて、伝熱手段（５ｂ、６ｂ ）は、給湯用熱交換器
（５、６、１７）内の冷媒流路の上流側である冷媒の加
熱度領域から受熱する第１の伝熱手段（５ｂ）、および
前記冷媒流路の下流側である冷媒の凝縮領域から受熱す
る第２の伝熱手段（６ｂ）を有し、かつ第１、第２の伝
熱手段（５ｂ、６ｂ）の間に挿入されて第１の伝熱手段
（５ｂ）を流通させる流量を制御する第１の流量調整弁
（２ａ）と、第１の伝熱手段（５ｂ）に流通させる第１
の給湯水通路（２）および第２の伝熱手段（６ｂ）に流
通させる第２の給湯水通路（３）と、要求に応じて第１
の流量調整弁（２ａ）を制御し、第１または第２の給湯
水通路（２、３）より所望温度の給湯用水を出湯させる
制御装置（１６）とを備え、制御装置（１６）は、第１
の流量調整弁（２ａ）の弁開度を大きくし、第２の伝熱
手段（６ｂ）で受熱された給湯用水を第１の伝熱手段
（５ｂ）に対し大流量を流通させ、低中温の給湯用水を
出力させる低中温出力手段（２４０）と、第１の流量調
整弁（２ａ）の弁開度を小さくし、第２の伝熱手段（６
ｂ）で受熱された給湯用水の一部を第１の伝熱手段（５
ｂ）に対し小流量を流通させ、高温の給湯用水を出力さ
せる高温出力手段（２９０）とを有することを特徴とし
ている。

【０００８】請求項１の発明によれば、高圧冷媒の凝縮
熱で熱交換する給湯用熱交換器（５、６、１７）に配設
され、冷媒流路の上流側である冷媒の加熱度領域から受
熱する第１の伝熱手段（５ｂ）と前記冷媒流路の下流側
である冷媒の凝縮領域から受熱する第２の伝熱手段（６
ｂ）とに第１の流量調整弁（２ａ）を介して分けて、第
２の伝熱手段（６ｂ）で受熱された給湯用水の一部を取
り入れて、第１の流量調整弁（２ａ）の弁開度を小さく
して、第１の伝熱手段（５ｂ）に小流量を流通させるこ
とにより、冷媒温度の高い冷媒の加熱度領域から第１の
伝熱手段（５ｂ）により受熱ができるため、給湯用水の
一部が第２の伝熱手段（６ｂ）よりも高温（例えば、８
０℃程度）の給湯出力が得られる。

【０００９】また、第２の伝熱手段（６ｂ）で受熱され
た給湯用水を取り入れて、第１の流量調整弁（２ａ）の
弁開度を大きくして、第１の伝熱手段（５ｂ）に大流量
を流通させることにより、第２の伝熱手段（６ｂ）およ
び第１の伝熱手段（５ｂ）の冷媒の凝縮領域からの受熱
ができる低中温（例えば５５〜６０℃程度）の給湯出力
が得られる。これは、従来技術の一体型の給湯用熱交換
器と同等の給湯出力が得られる。

【００１０】また、冷媒の加熱度領域からの受熱で給湯
用水の一部が高温（例えば８０℃程度）の給湯出力が得
られることにより、従来、電気ヒータなどの加熱手段で
沸き上げる方式と比較して、電気加熱では入力１に対し
て１以上にできないためヒートポンプを用いることで成
績効率が高い。

【００１１】請求項２の発明では、第１の給湯水通路
（２）には、第１の伝熱手段（５ｂ）に小流量を流通さ
せて高温の給湯用水を出力する第１の給湯手段（１１
ａ）と、第１の伝熱手段（５ｂ）の下流側と第１の給湯
手段（１１ａ）との間に設けられ、第１の伝熱手段（５
ｂ）で受熱した給湯用水を第１の給湯手段（１１ａ）か
ら出力させるか、または第１の伝熱手段（５ｂ）に大流
量を流通させて低中温の給湯用水を第２の給湯手段
（１、１４ａ）から出力させるかを切換制御する流路切
換手段（２ｂ）とが接続されていることを特徴してい
る。

【００１２】請求項２の発明によれば、第１の伝熱手段
（５ｂ）の下流側と第１の給湯手段（１１ａ）との間に
設けられ、第１の給湯手段（１１ａ）から出力させる
か、第２の給湯手段（１、１４ａ）から出力させるかを
切換制御する流路切換手段（２ｂ）とが接続されている
ことにより、給湯用水の用途に応じた流路の切換ができ
る。従って、第１の伝熱手段（５ｂ）に小流量を流して
高温となった給湯用水を第１の給湯手段（１１ａ）から
出力させるか、第１の伝熱手段（５ｂ）に大流量を流し
て低中温となった給湯用水を第２の給湯手段（１、１４
ａ）から出力させるかの選択ができる。これにより、流
路切換手段（２ｂ）を用いて高温の給湯出力と低中温の
給湯出力との切り換え制御が可能となる。

【００１３】請求項３の発明では、第１の流量調整弁
（２ａ）の上流側と第２の伝熱手段（６ｂ）の下流側と
の間に分岐部（Ｘ）を設けるとともに、分岐部（Ｘ）と
第２の給湯手段（１、１４ａ）との間にその間の流路を
開閉する開閉弁（３ｄ）を設けたことを特徴としてい
る。

【００１４】請求項３の発明によれば、第２の伝熱手段
（６ｂ）の下流側と第２の給湯手段（１、１４ａ）との
間に開閉弁（３ｄ）を設けることにより、第２の伝熱手
段（５ｂ）で受熱された給湯用水を第１の伝熱手段（５
ｂ）側へ一部流通させるか全てを流通させるかの切換が
できる。これにより、例えば、高温の給湯出力を得るに
は、開閉弁（３ｄ）を全開とし給湯用水の一部を第１の
伝熱手段（５ｂ）側へ流通させか、低中温の給湯出力を
得るには、開閉弁（３ｄ）を閉塞させ給湯用水すべてを
第１の伝熱手段（５ｂ）側へ流通させることができる。

【００１５】請求項４の発明では、低中温出力手段（２
４０）は、開閉弁（３ｄ）を閉塞させ第２の伝熱手段
（６ｂ）で受熱された給湯用水を第１の伝熱手段（５
ｂ）側へ流通させるとともに、流路切換手段（２ｂ）を
第２の給湯手段（１、１４ａ）側に切り換える制御を行
うことを特徴としている。

【００１６】請求項４の発明によれば、第２の給湯手段
（１、１４ａ）から低中温の給湯出力を得るために、具
体的には、第１の流量調整弁（２ａ）の弁開度を全開、
開閉弁（３ｄ）を閉塞および流路切換手段（２ｂ）を第
２の給湯手段（１、１４ａ）側に切り換える制御を行う
ことで低中温（例えば５５〜６０℃程度）の給湯出力が
得られる。

【００１７】請求項５の発明では、高温出力手段（２９
０）は、開閉弁（３ｄ）を全開にして第２の伝熱手段
（６ｂ）で受熱された給湯用水の一部を第１の伝熱手段
（５ｂ）側へ流通させるとともに、流路切換手段（２
ｂ）を第１の給湯手段（１１ａ）側に切り換える制御を
行うことを特徴としている。

【００１８】請求項５の発明によれば、第１の給湯手段
（１１ａ）から高温の給湯出力を得るために、具体的に
は、第１の流量調整弁（２ａ）の弁開度を絞り、開閉弁
（３ｄ）を全開および流路切換手段（２ｂ）を第１の給
湯手段（１１ａ）側に切り換える制御を行うことで給湯
用水の一部が高温（例えば８０℃程度）の給湯出力が得
られる。

【００１９】請求項６の発明では、第２の給湯手段（１
４a）は、低中温の給湯用水を蓄える貯湯槽（１）内に
出力することを特徴としている。

【００２０】請求項６の発明によれば、第２の給湯手段
（１４a）に貯湯槽（１）を用いることで低中温の給湯
用水を蓄えることにより、温められた給湯用水の一部を
第１の伝熱手段（５ｂ）側へ流通させることができるの
で、通常の給湯運転では、低中温出湯が得られるように
して、高温の給湯出力が必要なときに第１の伝熱手段
（５ｂ）に小流量の流量を流通させることでいつでも高
温の給湯出力が得られる。

【００２１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、ヒートポンプサイクルの凝
縮機能に圧縮機より吐出された高圧冷媒と給湯用水とを
別個に熱交換させる伝熱管を配設した給湯用熱交換器を
適用したヒートポンプ給湯装置の一実施形態を図１〜図
４に基づいて説明する。

【００２３】まず、図１に示すように、本発明のヒート
ポンプ給湯装置は、給湯用水の加熱手段をなすヒートポ
ンプサイクルＣ、給湯用水を蓄える貯湯槽１およびこの
貯湯槽１とヒートポンプサイクルＣとを接続する第１の
給湯水通路２および第２の給湯水通路３で構成される。

【００２４】ヒートポンプサイクルＣは、圧縮機４、第
１の給湯用熱交換器５、第２の給湯用熱交換器６、膨張
弁７、蒸発用熱交換器８およびアキュムレータ９を順次
冷媒配管１０により接続して構成されている。

【００２５】圧縮機４は、内蔵する電動モータ（図示せ
ず）によって駆動され、アキュムレータ９より吸引した
冷媒を圧縮して吐出する。

【００２６】第１の給湯用熱交換器５および第２の給湯
用熱交換器６は、圧縮機４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、冷媒が流れる第
１、第２の冷媒通路５ａ、６ａと、給湯用水が流れる第
１、第２の伝熱管５ｂ、６ｂとがそれぞれ配設され、冷
媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように
構成されている。なお、第１の給湯用熱交換器５は、圧
縮機４より吐出される冷媒流路の上流側に配設されおも
に冷媒のモリエル線図上における加熱度領域（後述す
る）と熱交換させ、第２の給湯用熱交換器６は、第１の
給湯用熱交換器５の下流側に配設され冷媒のモリエル線
図上における凝縮領域（後述する）と熱交換させるよう
に第１、第２の伝熱管５ｂ、６ｂを配設されている。

【００２７】膨張弁７は、第１の給湯用熱交換器５と第
２の給湯用熱交換器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弁開度が電気的に制御される。

【００２８】蒸発用熱交換器８は、膨張弁７で減圧され
た冷媒を送風機８ａによって送風される外気との熱交換
器によって蒸発させる。

【００２９】アキユムレータ９は、蒸発用熱交換器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
のみ圧縮機４に吸引させ、サイクル中の余剰冷媒を蓄え
ておくものである。なお、冷媒の流れは図中の矢印の方
向に循環されている。

【００３０】次に、第１の給湯水通路２は、第２の伝熱
管６ｂの下流側に設けられた分岐部Ｘ（後述する）から
第１の流量調整弁２ａ、第１の給湯用熱交換器５の第１
の伝熱管５ｂ、三方弁２ｂの一端に接続されるととも
に、この三方弁２ｂで、他端の一方が第１の伝熱管５ｂ
で受熱された給湯用水を出湯する第１の出力機器１１ａ
に連通する第１の給湯配管１１に接続され、他端のもう
一方は貯湯槽１に流通させるように貯湯槽１の上流側に
設けられた分岐部Ｙ（後述する）に接続されるように構
成されている。

【００３１】これにより、第１の給湯水通路２では、分
岐部Ｘ（後述する）から取り入れた給湯用水を第１の伝
熱管５ｂで熱交換させたのち、三方弁２ａによりそのま
ま第１の出力機器１１ａで出湯させるか、または出湯せ
ないときには分岐部Ｙ（後述する）を介して貯湯槽１内
に出力するかのいずれか一方に流通させるように切り換
えている。

【００３２】なお、第１の流量調整弁２ａは、第１の給
湯水通路２内を流通する流量を調整する流量調整弁であ
り、上述した三方弁２ｂが第１の出力機器１１ａから給
湯用水を出湯させるように切り換えられたときには、第
１の流量調整弁２ａの弁開度を絞って第１の伝熱管５ｂ
に小流量が流通するように制御され、第１の出力機器１
１ａから出湯させないときには、三方弁２ｂが貯湯槽１
側に流通させるように切り換えられるとともに、第１の
流量調整弁２ａの弁開度を全開にして第１の伝熱管５ｂ
に大流量が流通するように流量制御される。

【００３３】次に、第２の給湯水通路３は、第２の給湯
用熱交換器５の第２の伝熱管５ｂに接続される冷水管３
ａと温水管３ｂとで構成され、冷水管３ａの上流端が貯
湯槽１の底面に接続され温水管３ｂの下流端が貯湯槽１
の上面に接続されている。

【００３４】また、ウォータポンプ１２は、冷水管３ａ
（温水管３ｂの分岐点Ｘの上流側でも良い）に設けら
れ、通電されて回転することにより、貯湯槽１内の給湯
用水を第２の給湯水通路３に流通させる。

【００３５】また、冷水管３ａ側には、第２の給湯水通
路３内を流通する流量を調整する第２の流量調整弁３ｃ
が設けられている。この第２の流量調整弁３ｃは、貯湯
槽１内の給湯用水を昇温させる方式（後述する）を選択
することによって弁開度を大流量、または所定の流量に
調整するようになっている。

【００３６】さらに、温水管３ｂ側には、第２の伝熱管
６ｂの下流側に分岐部Ｘ、貯湯槽１の上流側に分岐部Ｙ
および分岐部Ｘと分岐部Ｙとの間に開閉弁３ｄとが設け
られている。この開閉弁３ｄは、分岐部Ｘと分岐部Ｙと
の間の流通を開閉させるもので、第１の出力機器１１ａ
が給湯用水を出湯させるときに弁開度が開き、第１の出
力機器１１ａが給湯用水を出湯させないときに弁開度が
閉じるように開閉制御される。

【００３７】これにより、給湯用水の流通方向は、第１
の出力機器１１ａが給湯用水を出湯させないときには、
図１の矢印に示すように、貯湯槽１内の下方部→第２の
流量調整弁３ｃ→第２の給湯用熱交換器６の第２の伝熱
管６ｂ→分岐部Ｘ→第１の流量調整弁２ａ（大流量）→
第１の給湯用熱交換器５の第１の伝熱管５ｂ→三方弁２
ｂ→分岐部Ｙ→貯湯槽１内の上方部へと流れる。なお、
このときには、第２の伝熱管６ｂで熱交換された給湯用
水のすべてが、かつ大流量でもって第１の伝熱管５ｂに
流れることにより、貯湯槽１内の給湯用水の温度が冷媒
の凝縮温度領域の温度（例えば５５〜６０℃程度）を得
るものである。

【００３８】また、第１の出力機器１１ａが給湯用水を
出湯させるときには、図２の矢印に示すように、貯湯槽
１内の下方部→第２の流量調整弁３ｃ→第２の給湯用熱
交換器６の第２の伝熱管６ｂ→分岐部Ｘ→開閉弁３ｄ→
分岐部Ｙ→貯湯槽１内の上方部へと流れるとともに、第
２の伝熱管６ｂで受熱された給湯用水の一部が分岐部Ｘ
→第１の流量調整弁２ａ（小流量）→第１の伝熱管５ｂ
→三方弁２ｂ→第１の出力機器１１ａへ流れて出湯され
る。なお、このときには、第２の伝熱管６ｂで受熱され
た給湯用水の一部を小流量でもって第１の伝熱管５ｂに
流すことにより、給湯用水の温度を高めて出湯させるも
のである。

【００３９】ここで、図３に示す冷媒のモリエル線図
（ｐ−ｈ線図）を用いて説明する。破線で示めされるサ
イクル図（ＡＢＣＤ）が第１の出力機器１１ａが給湯用
水を出湯させないときの給湯運転（以下、低中温出湯と
呼ぶ）におけるサイクル図であり、周知のごとく、Ａ点
は蒸発用熱交換器８の流出側の状態を示し、Ｂ点は圧縮
機４の吐出側での状態を示し、Ｃ点は膨張弁７の吸入側
での状態を示し、Ｄ点は蒸発用熱交換器８の吸入側での
状態を示している。また、Ｂ−Ｃが第１、第２の給湯用
熱交換器５、６の凝縮能力を示し、Ａ−Ｄが蒸発用熱交
換器８の蒸発能力を示す。このときには、第２の給湯用
熱交換器６で受熱された給湯用水のすべてを第１の給湯
用熱交換器５に流通させて貯湯槽１内を昇温させたもの
である。給湯用熱交換器を２つに分けたが、給湯用水の
受熱側が第２の伝熱管６ｂと第１の伝熱管５ｂとが接続
されているので、これは、従来のヒートポンプ給湯装置
と同じように一体化されており機能上違いがない。従っ
て、貯湯槽１内の給湯用水の温度は凝縮領域の温度（例
えば５５〜６０℃程度）が最大温度となる。なお、図３
に示すサイクル図は、説明のために特性を実線と破線と
を区別して表示しているが、ほぼ同じ特性を示してい
る。

【００４０】ところが、実線で示めされるサイクル図
（ＡＢｂＣＤ）は、出力機器１１ａが給湯用水を出湯さ
せるとき（以下、高温出湯と呼ぶ）のサイクル図であ
り、おもに圧縮機４より吐出されたおもに冷媒温度の高
い領域を占める冷媒の加熱度領域で熱交換する第１の給
湯用熱交換器５（Ｂ−ｂ間）の第１伝熱管５ｂと、おも
に冷媒の凝縮温度となる凝縮領域で熱交換する第２の給
湯用熱交換器６の第２の伝熱管６ｂ（ｂ−Ｃ間）とに分
けて、第２の伝熱管６ｂで受熱された給湯用水の一部を
取り入れ、かつ小流量の給湯用水を冷媒温度の高い第１
の給湯用熱交換器５に流通させることにより、第１の出
力機器１１ａから給湯用水の一部が高温出湯（例えば、
８０℃程度）が可能となる。

【００４１】なお、この高温（例えば、８０℃程度）の
給湯用水は、浴槽への差し湯などの湯張りの用途に使用
する。また、ここでいう、差し湯とは浴槽内に溜められ
たお湯が冷めたときに高温のお湯を追加させて適温に上
昇させることを意味する。

【００４２】次に、貯湯槽１には、貯湯槽１内に上水を
給水するための給水配管１３が貯湯槽１の下方部に接続
され、貯湯槽１の上方部の一方には、貯湯槽１内に蓄え
られた給湯用水を取り出す第２の給湯配管１４に接続さ
れている。この第２の給湯配管１４の吐出端には、貯湯
槽１内の給湯用水を出湯する第２の出力機器１４ａに接
続されている。そして、第２の出力機器１４ａでは、第
２の給湯配管１４から取り入れた給湯用水を上水などで
混合させて使用者が設定した設定温度に調整したのち、
浴室、洗面、台所などへの給湯の用途として出湯される
ものである。

【００４３】なお、第１の出力機器１１ａおよび第２の
出力機器１４ａから給湯用水が出湯されると給水配管１
３から上水が給水される。

【００４４】次に、使用者が操作する操作パネル１５に
は、給湯運転スイッチ１５ａ、給湯温度設定スイッチ１
５ｂおよび給湯選択スイッチ１５ｃが設けられ、これら
の入力情報を受けて、予め設定されたプログラムに従っ
て所定の演算処理を行いヒートポンプサイクルＣ、第１
の給湯水通路２および第２の給湯水通路３内に構成され
る圧縮機４、膨張弁４、送風機８ａ、ウォータポンプ１
２、三方弁２ｂ、第１、第２の流量調整弁２ａ、３ｃお
よび開閉弁３ｄなどの電気機器の通電制御を行う制御装
置１６が設けられている。

【００４５】なお、給湯運転スイッチ１５ａをＯＮさせ
ることにより、前記の電気機器などを通電制御して貯湯
槽１内に蓄える給湯用水の温度を給湯温度設定スイッチ
１５ｂで設定した設定温度（例えば５５〜６０℃程度）
になるように給湯運転を行なっている。

【００４６】また、給湯選択スイッチ１５ｃは、貯湯槽
１内の給湯用水を昇温させるのに第１、第２の伝熱管２
ｂ、３ｂに大流量の給湯用水を循環させて徐々に昇温さ
せる循環式か、または、第１、第２の伝熱管２ｂ、３ｂ
に所定の流量を流して瞬時に設定温度に昇温させる貫流
式かのいずれか一方を使用者が用途に応じて選択する選
択スイッチである。

【００４７】具体的には、第２の流量調整弁３ｃの弁開
度を、循環式のときに全開として大流量を流通させ、貫
流式のときに所定の開度で所定の流量を流通させるよう
に制御装置１６で開度制御を行う。

【００４８】また、制御装置１６は、第１の出力機器１
１ａから高温（例えば８０℃程度）の給湯用水を出湯さ
せたいときには、第１の出力機器１１ａが開放された信
号を受けて、開閉弁３ｄの弁開度を全開および三方弁２
ｂを第１の給湯配管１１側に流通するように切り換える
とともに、第１の流量調整弁２ａの弁開度を絞って小流
量が流れるように制御を行う。

【００４９】以上の構成によるヒートポンプ給湯装置の
作動について、図４に示すように、制御装置１６に設け
られた出湯制御手段の制御プログラムに基づいて説明す
る。まず、ステップ２００において、給湯運転スイッチ
１５ａを作動させて給湯運転を開始させる。これによ
り、ヒートポンプサイクルＣ系の電気機器およびウォー
タポンプ１２などが作動する。なお、ウォータポンプ１
２は、後述する第２の流量調整弁３ｃ、開閉弁３ｄ、第
１の流量調整弁２ａおよび三方弁２ｂの制御実行された
ときに作動するものである。

【００５０】ステップ２１０において、高温出湯または
低中温出湯かのいずれかを判定する。この判定は、第１
の出力機器１１ａが開放されたか否かの信号を受けて判
定するもので第１の出力機器１１ａが閉じている信号を
受け低中温出湯に移行する。

【００５１】次に、ステップ２２０において、給湯選択
スイッチ１５ｃが循環式か貫流式かのいずれを選択され
ているかを判定する。循環式が選択されているとステッ
プ２３０に移行して第２の流量調整弁３ｃの弁開度を全
開にして大流量を流すとともに、次のステップ２４０
（低中温出力手段）において、開閉弁３ｄを閉塞し、第
１の流量調整弁２ａの弁開度を全開にさせ、三方弁２ｂ
を貯湯槽１側に流通させる制御を行う。

【００５２】この制御により、給水配管１３→貯湯槽１
→第２の流量調整弁３ｃ（全開）→第２の伝熱管６ｂ→
分岐部Ｘ→第１の流量調整弁２ａ（全開）→第１の伝熱
管５ｂ→三方弁２ｂ→分岐部Ｙ→貯湯槽１の順に大流量
が循環され貯湯槽１内の給湯用水を設定温度に達するま
で給湯運転を継続する。従って、貯湯槽１内の給湯用水
が低中温（例えば５５〜６０℃程度）に昇温され維持さ
れる。

【００５３】ここで、使用者が貯湯槽１内の給湯用水の
昇温を循環式より早く蓄えておきたいときには、給湯選
択スイッチ１５ｃを貫流式に選択すると、ステップ２５
０において、第２の流量調整弁３ｃの弁開度を所定の開
度制御される。この制御により、第１、第２の伝熱管５
ｂ、６ｂに流通させる流量を所定の流量に変更すること
により受熱する給湯用水の温度を所定の温度に高めるこ
とで貯湯槽１内の昇温を早めることができる。

【００５４】次に、貯湯槽１内が設定温度に昇温されて
おれば第２の出力機器１４ａを開放することで低中温
（例えば５５〜６０℃程度）の給湯用水が出湯される。

【００５５】次に、高温出湯を必要とするときには、第
１の出力機器１１ａを開放すると、第１の出力機器１１
ａの開放信号を受けステップ２１０で高温出湯と判定さ
れ、ステップ２６０に移行する。ここでは、貯湯槽１内
の給湯用水の温度が設定温度に達しているかどうかを判
定する。

【００５６】例えば、設定温度に未達であればステップ
２７０で給湯選択スイッチ１５ｃが循環式か貫流式かの
いずれを選択されているかを判定する。貫流式であれば
ステップ２８０に移行して、第２の流量調整弁３ｃの弁
開度を所定の開度に制御したのち、ステップ２９０（高
温出力手段）で開閉弁３ｄを全開とし、第１の流量調整
弁２ａの弁開度を絞って小流量とし、三方弁２ｂを第１
の出力機器１１ａ側に流通させる制御を行う。この制御
により、給水配管１３→貯湯槽１の下方部→第２の流量
調整弁３ｃ（所定の開度）→第２の伝熱管６ｂ→分岐部
Ｘ→開閉弁３ｄ→分岐部Ｙ→貯湯槽１の上方部の順に所
定の流量で循環され貯湯槽１内を昇温するとともに、第
２の伝熱管６ｂで受熱された給湯用水の一部が、分岐部
Ｘ→第１の流量調整弁２ａ（小流量）→第１の伝熱管５
ｂ→三方弁２ｂ→第１の出力機器１１ａへ流れて高温
（例えば８０℃程度）の給湯用水が出湯される。

【００５７】なお、ステップ２６０で貯湯槽１内の温度
が設定温度に達していたときおよびステップ２７０で循
環式を選択されていたときは、ステップ３００の第２の
流量調整弁３ｃの弁開度を全開（大流量）に制御させる
ことで、貯湯槽１の下方部から貯湯槽１の上方部に循環
させる流量を大流量として貯湯槽１内を昇温するととも
に、上述のステップ２９０（高温出力手段）を実行さ
せ、出力機器１１ａから高温（例えば８０℃程度）の給
湯用水が出湯される。

【００５８】以上の一実施形態のヒートポンプ給湯装置
によれば、高圧冷媒と給湯用水とを熱交換する給湯用熱
交換器５，６を、おもに冷媒温度の高い冷媒の加熱度領
域から受熱する第１の伝熱管５ｂと冷媒の凝縮領域から
受熱する第２の伝熱管６ｂとに第１の流量調整弁２ａを
介して分けて、第２の伝熱管６ｂで受熱された給湯用水
の一部を取り入れて、第１の流量調整弁２ａの弁開度を
小さくして、第１の伝熱管５ｂに小流量を流通させるこ
とにより、冷媒温度の高い冷媒の加熱度領域から第１の
伝熱管５ｂにより受熱ができるため、給湯用水の一部が
第２の伝熱管６ｂよりも高温（例えば、８０℃程度）の
給湯出力が得られる。

【００５９】従って、高温出湯をしたいときには、第１
の出力機器１１ａを開放することで高温出湯（例えば、
８０℃程度）ができるとともに、貯湯槽１内の給湯用水
も冷媒の凝縮領域の温度に昇温できて蓄えることができ
るので、第２の出力機器１４ａを開放することにより低
中温（例えば、５５〜６０℃程度）の出湯ができる。

【００６０】また、通常の給湯運転では、低中温出湯が
得られるようにして、高温出湯が必要なときに第１の伝
熱管５ｂに小流量の流量を流通させて高温出湯を得る制
御を行うことにより、従来電気ヒータなどの加熱手段で
昇温させたものと比較して、電気加熱では入力１に対し
て１以上にできないためヒートポンプサイクルの方が成
績係数が良い。

【００６１】しかも、貯湯槽１内を高温で蓄えるより低
中温の方が熱損失が小さく省エネルギーとなる。

【００６２】（他の実施形態）以上の一実施形態では、
第１および第２の給湯用熱交換器５、６を別体にしてそ
れぞれに冷媒が流れる第１、第２の冷媒通路５ａ、６ａ
と、給湯用水が流れる第１、第２の伝熱管５ｂ、６ｂと
に配設したが、冷媒が流れる冷媒通路を一体として給湯
用水が流れる第１、第２の伝熱管５ｂ、６ｂをそれぞれ
配設しても良い。

【００６３】図５に示すように、給湯用熱交換器１７は
圧縮機４と膨張弁７との間に設置して、冷媒が流れる冷
媒通路１７ａに対して冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ
方向とが対向するように給湯用水が流れる第１の伝熱管
５ｂを加熱度領域および第２の伝熱管６ｂを凝縮領域に
それぞれ配設させることでも良い。これにより、冷媒サ
イクル側が一体で構成できることで製造コストの低減が
図れる。

【００６４】また、以上の実施形態では、第２の給湯水
通路３内に貯湯槽１を構成して循環式または貫流式のい
ずれかの方式で貯湯槽１内の給湯用水を昇温させていた
が、貫流式を専用として、第２の調整弁３ｃの弁開度を
所定の開度にさせて所定の流量を流通させることで所定
の温度の給湯用水が得られることから、貯湯槽１および
ウォータポンプ１２を不要とすることができる。

【００６５】図５に示すように、第２の給湯水通路１８
の構成を、分岐部Ｙの下流側と第２の出力機器１４ａに
通ずる第２の給湯配管１４とを接続させるとともに、給
水配管１３を冷水管３ａの上流端に接続させることで良
い。これにより、低中温出湯のときは、給水配管１３→
第２の流量調整弁３ｃ（所定の開度）→第２の伝熱管６
ｂ→分岐部Ｘ→第１の流量調整弁２ａ（全開）→第１の
伝熱管５ｂ→三方弁２ｂ→分岐部Ｙ→第２の出力機器１
４ａの順に所定の流量が流通されて低中温出湯（例えば
５５〜６０℃程度）ができる。

【００６６】ここで、高温出湯が必要なときのときは、
第１の出力機器１１ａが開放された信号を受けて、開閉
弁３ｄの弁開度を全開および三方弁２ｂを第１の給湯配
管１１側に流通するように切り換えるとともに、第１の
流量調整弁２ａの弁開度を絞って小流量が流れるように
制御されることで、分岐部Ｘから第２の伝熱管６ｂで受
熱された給湯用水の一部が取り入れられ、第１の伝熱管
５ｂでさらに受熱され第１の出力機器１１ａから高温出
湯（例えば８０℃程度）ができる。

【００６７】以上の構成の実施形態によれば、貯湯槽１
およびウォータポンプ１２を不要とすることができるの
で給湯設備費の低減が図れる。

【００６８】また、以上の実施形態では、第１の出力機
器１１ａを開放することで、高温の給湯用水を出湯させ
たが、第２の給湯水通路３のように、高温用貯湯槽およ
びウォータポンプを設け高温の給湯用水を蓄えるように
構成しても良い。これによると、常時高温出湯が可能な
給湯装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるヒートポンプ給湯
装置の全体構成を示す構成図である。

【図２】本発明の一実施形態における給湯装置の高温出
湯のときの給湯用水の流れを示す説明図である。

【図３】本発明の一実施形態における給湯装置のヒート
ポンプサイクルを示すサイクル線図である

【図４】本発明の一実施形態における制御装置の出湯制
御手段を示すフローチャートである。

【図５】他の実施形態におけるヒートポンプ給湯装置の
全体構成を示す構成図である。

【図６】従来技術におけるヒートポンプ給湯装置の全体
構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１…貯湯槽（第２の給湯手段） ２…第１の給湯水通路 ２ａ…第１の流量調整弁 ２ｂ…三方弁（流路切換手段） ３…第２の給湯水通路 ３ｄ…開閉弁 ４…圧縮機 ５…第１の給湯用熱交換器（給湯用熱交換器） ５ｂ…第１の伝熱管（第１の伝熱手段、伝熱手段） ６…第２の給湯用熱交換器（給湯用熱交換器） ６ｂ…第２の伝熱管（第２の伝熱手段、伝熱手段） ７…膨張弁 ８…蒸発用熱交換器 ９…アキュームレータ １１ａ…第１の出力機器（第１の給湯手段） １４ａ…第２の出力機器（第２の給湯手段） １６…制御装置 １７…給湯用熱交換器 ２４０…低中温出力手段 ２９０…高温出力手段 Ｘ…分岐部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機（４）、前記圧縮
   機（４）より吐出された高圧冷媒と給湯用水とを熱交換
   する伝熱手段（５ｂ、６ｂ）を配設した給湯用熱交換器
   （５、６、１７）、膨張弁（７）、蒸発用熱交換器
   （８）およびアキュームレータ（９）を順に環状に冷媒
   配管で接続し、前記伝熱手段（５ｂ、６ｂ）に給湯用水
   を流して温水を出力するヒートポンプ給湯装置におい
   て、 前記伝熱手段（５ｂ、６ｂ ）は、前記給湯用熱交換器
   （５、６、１７）内の冷媒流路の上流側である冷媒の加
   熱度領域から受熱する第１の伝熱手段（５ｂ）、および
   前記冷媒流路の下流側である冷媒の凝縮領域から受熱す
   る第２の伝熱手段（６ｂ）を有し、 かつ前記第１、第２の伝熱手段（５ｂ、６ｂ）の間に挿
   入されて前記第１の伝熱手段（５ｂ）を流通させる流量
   を制御する第１の流量調整弁（２ａ）と、 前記第１の伝熱手段（５ｂ）に流通させる第１の給湯水
   通路（２）および前記第２の伝熱手段（６ｂ）に流通さ
   せる第２の給湯水通路（３）と、 要求に応じて前記第１の流量調整弁（２ａ）を制御し、
   第１または第２の給湯水通路（２、３）より所望温度の
   給湯用水を出湯させる制御装置（１６）とを備え、 前記制御装置（１６）は、前記第１の流量調整弁（２
   ａ）の弁開度を大きくし、前記第２の伝熱手段（６ｂ）
   で受熱された給湯用水を前記第１の伝熱手段（５ｂ）に
   対し大流量を流通させ、低中温の給湯用水を出力させる
   低中温出力手段（２４０）と、 前記第１の流量調整弁（２ａ）の弁開度を小さくし、前
   記第２の伝熱手段（６ｂ）で受熱された給湯用水の一部
   を前記第１の伝熱手段（５ｂ）に対し小流量を流通さ
   せ、高温の給湯用水を出力させる高温出力手段（２９
   ０）とを有することを特徴とするヒートポンプ給湯装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の給湯水通路（２）には、前記
   第１の伝熱手段（５ｂ）に小流量を流通させて高温の給
   湯用水を出力する第１の給湯手段（１１ａ）と、前記第
   １の伝熱手段（５ｂ）の下流側と前記第１の給湯手段
   （１１ａ）との間に設けられ、前記第１の伝熱手段（５
   ｂ）で受熱した給湯用水を前記第１の給湯手段（１１
   ａ）から出力させるか、または前記第１の伝熱手段（５
   ｂ）に大流量を流通させて低中温の給湯用水を第２の給
   湯手段（１、１４ａ）から出力させるかを切換制御する
   流路切換手段（２ｂ）とが接続されていることを特徴と
   する請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 【請求項３】 前記第１の流量調整弁（２ａ）の上流側
   と前記第２の伝熱手段（６ｂ）の下流側との間に分岐部
   （Ｘ）を設けるとともに、前記分岐部（Ｘ）と前記第２
   の給湯手段（１、１４ａ）との間にその間の流路を開閉
   する開閉弁（３ｄ）を設けたことを特徴とする請求項２
   に記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 【請求項４】 前記低中温出力手段（２４０）は、前記
   開閉弁（３ｄ）を閉塞させ前記第２の伝熱手段（６ｂ）
   で受熱された給湯用水を前記第１の伝熱手段（５ｂ）側
   へ流通させるとともに、前記流路切換手段（２ｂ）を前
   記第２の給湯手段（１、１４ａ）側に切り換える制御を
   行うことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給
   湯装置。
5. 【請求項５】 前記高温出力手段（２９０）は、前記開
   閉弁（３ｄ）を全開にして前記第２の伝熱手段（６ｂ）
   で受熱された給湯用水の一部を前記第１の伝熱手段（５
   ｂ）側へ流通させるとともに、前記流路切換手段（２
   ｂ）を前記第１の給湯手段（１１ａ）側に切り換える制
   御を行うことを特徴とする請求項３に記載のヒートポン
   プ給湯装置。
6. 【請求項６】 前記第２の給湯手段（１４a）は、低中
   温の給湯用水を蓄える貯湯槽（１）内に出力することを
   特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記
   載のヒートポンプ給湯装置。