JP2004232958A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】過昇温状態および動作不良の発生が防止され、信頼性および安全性が高い瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置を提供することである。
【解決手段】制御部は、第２の流量センサから温水の流量値を受け取る。次に、制御部は、第２の流量センサからの流量値が所定値以下であるか否かを判別する。第２の流量センサからの流量値が所定値以下の場合、制御部は、圧縮機の停止処理を行う。次に、制御部は、送風機の停止の処理を行う。さらに、制御部は、第１の減圧弁の全開処理を行う。これにより、終了前動作が終了する。第２の流量センサからの流量値が所定値を超えている場合、制御部は、遠隔操作装置の電源スイッチがオフされたか否かを判別する。遠隔操作装置の電源スイッチがオフされた場合、制御部は、圧縮機の停止処理、送風機の停止処理および第１の減圧弁の全開処理を行う。
【選択図】 図８
【解決手段】制御部は、第２の流量センサから温水の流量値を受け取る。次に、制御部は、第２の流量センサからの流量値が所定値以下であるか否かを判別する。第２の流量センサからの流量値が所定値以下の場合、制御部は、圧縮機の停止処理を行う。次に、制御部は、送風機の停止の処理を行う。さらに、制御部は、第１の減圧弁の全開処理を行う。これにより、終了前動作が終了する。第２の流量センサからの流量値が所定値を超えている場合、制御部は、遠隔操作装置の電源スイッチがオフされたか否かを判別する。遠隔操作装置の電源スイッチがオフされた場合、制御部は、圧縮機の停止処理、送風機の停止処理および第１の減圧弁の全開処理を行う。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプを用いた給湯装置（以下、ヒートポンプ給湯装置と呼ぶ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々のヒートポンプ給湯装置が開発されている。ヒートポンプは、主として、吸熱器、圧縮機、放熱器および減圧弁からなり、冷媒がこれらの吸熱器、圧縮機、放熱器および減圧弁を備えた閉回路を循環する。この場合、冷媒が減圧弁を通ることにより低温低圧にされ、低温低圧の冷媒が吸熱器に供給されることにより外気の熱が吸収される。さらに、熱を吸収した冷媒が圧縮機により圧縮されることによって高温高圧になり、放熱器により冷媒の熱が水道水に与えられる。これにより、低い電力で水道水が加熱される。
【０００３】
このようなヒートポンプ給湯装置には、貯湯タンクを備え、予め加熱された水を貯湯タンクに貯えておく貯湯式のヒートポンプ給湯装置と、使用時に水道水を瞬間的に加熱する瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置とがある。
【０００４】
貯湯式のヒートポンプ給湯装置では、マイクロコンピュータの制御により、深夜のうちに貯湯タンクに貯留されている水をポンプで循環させて加熱する。したがって、使用者が温水用の水道栓を開くと、貯湯タンクに加熱貯留された水が蛇口から供給される。使用者が水道栓を閉じると、貯湯タンクからの水の供給が停止される。このような貯湯式のヒートポンプ給湯装置では、ヒートポンプの動作および停止が使用者の水道栓の開閉操作とは無関係にマイクロコンピュータにより制御される。
【０００５】
上記の貯湯式のヒートポンプ給湯装置においては、貯湯タンクは一日に家庭で使用される湯量をまかなうため一般的に３００〜４００リットル程度の容量が必要とされるため小型化が困難となる。また、耐圧性能を満足するために貯湯タンク軽量化は困難である。このため、運搬時の問題や設置工事の問題を考慮して、ヒートポンプ給湯装置は一般的に２つのユニットで構成される。さらに、設置後は、通常貯湯タンクは満水状態であり、その重量は数百キログラムとなる。これらにより、ヒートポンプ給湯装置を設置するための広い設置スペースが必要となるとともに、設置場所には多大な耐荷重が要求される。
【０００６】
そこで、近年、貯湯タンクを有さない瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置では、使用時にヒートポンプを動作させて瞬間的に水道水を加熱し、加熱された水を蛇口から供給する。このような瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置では、貯湯タンクが不要であるため、小型化および軽量化が可能である。また、貯湯時の放熱ロスがなく、使用する分だけ加熱供給するので無駄がなく、電気代も低減できる。さらに、必要に応じて温水を加熱供給できるので、大量に湯を使用しても湯切れすることがない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３１１５９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置においては、使用者が水道栓を閉じると、ヒートポンプの動作が停止する。すなわち、使用者の操作に連動してヒートポンプの動作およびその停止が任意のタイミングで行われる。このような任意のタイミングでのヒートポンプの急停止により過昇温状態や動作不良が発生する場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、過昇温状態および動作不良の発生が防止され、信頼性および安全性が高い瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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、放熱器の水流路を介して水を所定場所に導く水供給路と、加熱の要否を判定する判定手段と、判定手段により加熱が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を開始させ、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行する制御手段とを備えたものである。
【００１２】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、判定手段によって加熱が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器により加熱された水は水供給路により所定場所に導かれる。また、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段によって所定の終了前動作が実行される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、冷媒流路および水流路を有する放熱器、減圧手段、吸熱器および圧縮機を有し、冷媒を放熱器の冷媒流路、減圧手段、吸熱器および圧縮機を循環させる冷媒循環回路と、放熱器の水流路を介して水を所定場所に導く水供給路と、加熱の要否を判定する判定手段と、判定手段により加熱が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を開始させ、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行する制御手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、判定手段によって加熱が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器により加熱された水は水供給路により所定場所に導かれる。これにより、使用者に必要に応じて加熱された水を供給することができる。また、冷媒循環回路が動作している際に判定手段により加熱が不要であると判定された場合、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段によって所定の終了前動作が実行される。このように、冷媒循環回路が急停止されずに終了前動作が実行された後に停止されるので、冷媒循環回路の急停止によるヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、判定手段は、水供給路における水の流量を検知する流量検知手段と、流量検知手段により検知された流量に基づいて加熱の要否を判定する要否判定手段とを含むものである。
【００１６】
この場合、流量検知手段によって水供給路を流れる水流量が検知され、検知された流量に基づいて要否判定手段によって加熱の要否が判定される。それにより、使用者が水道栓を操作して出湯を止めた場合や、例えば断水などで配管からの給水が止まった場合等にも、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作が実行される。その結果、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、使用者が水供給の要否を入力可能な操作スイッチをさらに備え、制御手段は、冷媒循環回路の動作中に操作スイッチがオフにされた場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行するものである。
【００１８】
この場合、操作スイッチによって温水供給必要の入力がされ、さらに要否判定手段が流量検知手段の信号に基づいて加熱必要と判定した場合に、制御手段は、冷媒循環回路の動作を開始させるが、この冷媒循環回路の動作中に操作スイッチにより温水不要が入力された場合、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段により所定の終了前動作が実行される。それにより、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、判定手段は、冷媒循環回路の動作の終了を指令するための動作スイッチと、動作スイッチの操作に基づいて加熱の要否を判定する要否判定手段とを含むものである。
【００２０】
この場合、動作スイッチにより冷媒循環回路の動作の終了が指令され、動作スイッチの指令に基づいて要否判定手段によって加熱の要否が判定される。それにより、使用者が動作スイッチにより動作の終了を指令した場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作が実行される。その結果、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、圧縮機の回転数を減少させる動作を含むものである。この場合、冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機の安全性および信頼性を確保することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、圧縮機の回転数を連続的に減少させて圧縮機を停止させる動作を含むものである。この場合、圧縮機の回転数を連続的に減少させることにより冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、圧縮機の回転数を段階的に減少させて圧縮機を停止させる動作を含むものである。この場合、圧縮機の回転数を段階的に減少させることにより冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、放熱器により加熱された水を排出するための排水路と、放熱器により加熱された水を水供給路または排水路に選択的に導くための水路切り替え手段とをさらに備え、終了前動作は、放熱器により加熱された水が排水路から排出されるように水路切り替え手段を切り替える動作を含むものである。
【００２５】
この場合、水路切り替え手段により放熱器により加熱された水の流路が排水路へと切り替えられ、放熱器により加熱された水はこの排水路からヒートポンプ給湯装置外に排出される。それにより、放熱器が冷却されるとともに、給湯後における放熱器内部の熱容量によって加熱された高温の水が、使用者が再度給湯栓を開いた場合に蛇口から吐出することを防止することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、吸熱器は、大気の熱を冷媒に与える熱交換器および熱交換器に大気を送る送風機を含み、終了前動作は、送風機を停止させる動作を含むものである。この場合、熱交換器による大気からの吸熱量を低下させることができる。それにより、放熱器内部の過昇温を防止することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、減圧手段の減圧機能を解除する動作を含むものである。この場合、即座に冷媒循環回路内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置の再起動時に圧力差による圧縮機の負担を軽減することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、冷媒循環回路は、放熱器を迂回する冷媒バイパス流路と、放熱器の冷媒流路または冷媒バイパス流路に冷媒を選択的に導く冷媒流路切り替え手段とをさらに有し、終了前動作は、冷媒バイパス流路に冷媒が導かれるように冷媒流路切り替え手段を切り替える動作を含むものである。
【００２９】
この場合、冷媒流路切り替え手段により冷媒の流路が放熱器を迂回するための冷媒バイパス流路へと切り替えられる。それにより、高温高圧ガス化した冷媒が放熱器を通過せずに熱交換器に送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器に付着することを防止および熱交換器に付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器の吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、熱量を蓄積する蓄熱手段をさらに備え、終了前動作は、放熱器により加熱された水の熱量を蓄熱手段に導く動作を含むものである。
【００３１】
この場合、放熱器により加熱される水の熱量が蓄熱手段に蓄積される。それにより、再び水が必要と判定されたときに高温の水が吐出することを防止することができる。また、本来、放熱されてしまう熱量が蓄熱手段に蓄積されるため、熱エネルギーの無駄を低減できる。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、蓄熱手段は、放熱器により加熱された水を貯留する貯留手段を含み、放熱器からの水および貯留手段に貯留された水の一方または両方を水供給路に導く流路切り替え手段をさらに備えるものである。
【００３３】
この場合、放熱器により加熱された水を貯留手段に貯留することができる。また、放熱器からの水および貯留手段に貯留された水の一方または両方を流路切り替え手段により水供給路に導いて使用することができる。それにより、無駄なエネルギーの消費が低減される。また、貯留した水を優先して使用することで、水供給路には出湯開始当初から加熱された水が供給され、使い勝手が向上する。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、冷媒は、二酸化炭素よりなるものである。冷媒として二酸化炭素を用いることによって、圧縮機内での作動圧力を高くすることができ、低圧から高圧への圧縮比を小さくすることができる。それにより、圧縮機での圧縮効率が向上し、高温な水を供給することができる。さらに、放熱器において冷媒が超臨界状態にあるので、潜熱が不要となる。それにより、冷媒から水に効率的に熱量を供給することができる。その結果、ヒートポンプの効率を示す成績係数ＣＯＰ（熱出力／駆動エネルギー入力）が大きくなる。また、低温下でも低圧が高いため、寒冷地などでも容易にヒートポンプ給湯装置が作動することができる。
【００３５】
【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。
【００３６】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１００の構成を示す模式図である。
【００３７】
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１００は、冷媒循環回路１１０、第１の水回路１２０および第２の水回路１３０により構成される。
【００３８】
冷媒循環回路１１０は、吸熱器１、圧縮機２、第１の放熱器３、第１の減圧弁４、第２の放熱器５、第２の減圧弁６、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８を備える。吸熱器１は熱交換器１ａおよび送風機１ｂからなる。第１の放熱器３および第２の放熱器５は熱交換器からなる。
【００３９】
熱交換器１ａの冷媒出口は、配管３１を介して圧縮機２の入口に接続されている。圧縮機２の出口は、配管３２を介して第１の放熱器３の冷媒入口に接続されている。第１の放熱器３は、配管３３を介して第２の放熱器５の冷媒入口に接続され、配管３３には第１の減圧弁４が介挿されている。第２の放熱器５の冷媒出口は、配管３４を介して熱交換器１ａの冷媒入口に接続され、配管３４には第２の減圧弁６が介挿されている。また、配管３２から配管３５が分岐し、配管３５から配管３６が分岐している。配管３５は配管３３の第１の減圧弁４の下流側に接続され、配管３６は配管３４に接続されている。配管３５には第１のバイパス弁７が介挿され、配管３６には第２のバイパス弁８が介挿されている。
【００４０】
第１の水回路１２０は、レギュレータ１１、第１の流量センサ１２、第１の放熱器３、混合弁１３、第２の流量センサ１４および出湯温度センサ１５を備える。配管４１は配管４２および配管４３に分岐されている。配管４１にはレギュレータ１１が介挿され、配管４２には第１の流量センサ１２が介挿されている。配管４２は第１の放熱器３の水入口に接続されている。また、第１の放熱器３の水出口は、配管４４を介して混合弁１３の第１の入口に接続されている。配管４３は混合弁１３の第２の入口に接続されている。混合弁１３の出口は、配管４５を介して給湯栓１６に接続され、配管４５には第２の流量センサ１４が介挿されている。また、配管４５には出湯温度センサ１５が取り付けられている。
【００４１】
第２の水回路１３０は、上記の第２の放熱器５および第１のポンプ９により構成される。第２の放熱器５の水入口は配管３７を介して浴槽１０の出口に接続され、配管３７には第１のポンプ９が介挿されている。第２の放熱器５の水出口は、配管３８を介して浴槽１０の入口に接続されている。
【００４２】
ヒートポンプ給湯装置１００において、主として、吸熱器１、圧縮機２、第１の放熱器３、第１の減圧弁４、第２の放熱器５および第２の減圧弁６がヒートポンプを構成する。本実施例では、ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。この冷媒は、冷媒循環回路１１０内を循環する。
【００４３】
ヒートポンプ給湯装置１００では、ヒートポンプにより、第１の水回路１２０に供給される水道水Ｗを加熱し、温水を給湯栓１６の蛇口から供給することが可能であり、また浴槽１０の水または低温になった湯を第２の水回路１３０を循環させて追い焚きすることも可能である。
【００４４】
なお、本実施例のヒートポンプ給湯装置１００では、１つの圧縮機２が用いられているが、複数の圧縮機２を並列に設けてもよい。
【００４５】
次に、図１のヒートポンプ給湯装置１００における冷媒循環回路１１０、第１の水回路１２０および第２の水回路１３０の各動作について説明する。
【００４６】
まず、冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を用いて水道水Ｗを加熱する方法について説明する。この場合、初期状態として、第１の減圧弁４は絞りの状態にある。第２の減圧弁６は開放されている。また、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８は閉じており、第１のポンプ９は停止している。さらに、混合弁１３は第１の入口と出口が連通した状態になっている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動する。
【００４７】
冷媒循環回路１１０において、冷媒が第１の減圧弁４を通過することによって、低温低圧のガスになる。低温低圧のガスになった冷媒は、配管３３を介して第２の放熱器５および第２の減圧弁６を通過し、配管３４を介して熱交換器１ａに流入する。熱交換器１ａ内で、冷媒は送風機１ｂによって送られる大気からの熱を吸収する。大気熱を吸収した冷媒は、蒸発ガス化し、配管３１を介して圧縮機２に流入する。冷媒は、圧縮機２によって圧縮されることにより高温高圧のガスになる。高温高圧ガスになった冷媒は、配管３２を介して第１の放熱器３に流入する。第１の放熱器３によって冷媒の高温の熱が後述する第１の水回路１２０に供給される水道水Ｗに放出される。これにより、後述する第１の水回路１２０に供給される水道水Ｗが加熱される。その後、冷媒は、第１の減圧弁４に流入する。このサイクルが繰り返される。
【００４８】
一方、第１の水回路１２０では、水道水Ｗが配管４１を介してレギュレータ１１に導かれ、レギュレータ１１によって所定の圧力に調整された後、配管４２を介して第１の流量センサ１２を通過し、第１の放熱器３に流入する。第１の流量センサ１２は、第１の放熱器３に流入する水道水Ｗの流量を検知している。
【００４９】
第１の放熱器３に流入した水道水Ｗは、ヒートポンプにより加熱されて温水になる。この温水は配管４４を介して混合弁１３の第１の入口および混合弁１３の出口を通過する。その後、温水は第２の流量センサ１４を通過し、配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出される。この場合、第２の流量センサ１４は、配管４５を通過する温水の流量を検知している。また、出湯温度センサ１５は、配管４５を通過する温水の温度を検知している。
【００５０】
ここで、出湯温度センサ１５によって測定される配管４５を通過する温水の温度が過度に高い場合、混合弁１３の第２の入口が開放され、配管４３を介して水道水Ｗが温水に加えられる。これにより、適温の温水が給湯栓１６の蛇口から排出される。
【００５１】
次に、冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０を用いて浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きする方法について説明する。この場合、初期状態として、第１の減圧弁４は開放されており、第２の減圧弁６は絞りの状態にある。また、第１のバイパス弁７は開放されており、第２のバイパス弁８は閉じている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動し、第１のポンプ９が作動する。
【００５２】
冷媒循環回路１１０において、冷媒は第２の減圧弁６を通過することによって低温低圧のガスになる。低温低圧のガスになった冷媒は、配管３４を介して熱交換器１ａに流入する。熱交換器１ａ内で、冷媒は送風機１ｂによって送られる大気からの熱を吸収する。大気熱を吸収した冷媒は、蒸発気化し、配管３１を介して圧縮機２に流入する。冷媒は、圧縮機２によって圧縮されることにより、高温高圧のガスになる。ここで、第１のバイパス弁７が開放されているので、高温高圧ガスになった冷媒は、配管３５および第１のバイパス弁７を通過し、配管３３を介して第２の放熱器５に流入する。第２の放熱器５によって冷媒の高温の熱が後述する第２の水回路１３０を循環する水または低温の湯に放出される。このとき、浴水または低温の湯が加熱される。その後、冷媒は、第２の減圧弁６に流入する。このサイクルが繰り返される。
【００５３】
一方、第２の水回路１３０では、浴槽１０の水または低温の湯が第１のポンプ９によって吸い出され、配管３７を介して第２の放熱器５に流入する。第２の放熱器５に流入した水または低温の湯が前述の高温高圧となった冷媒と熱交換して加熱される。この加熱された温水は、配管３８を介して浴槽１０に戻される。
【００５４】
なお、冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を用いて水道水Ｗを加熱すると同時に、冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０を用いて浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きすることもできる。
【００５５】
この場合、第１の減圧弁４は所定の絞り状態にあり、第２の減圧弁６も所定の絞りの状態にある。また、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８は閉じている。さらに、混合弁１３の第１の入口は開き、第２の入口は閉じている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動し、第１のポンプ９が作動する。水道水Ｗを加熱する方法および浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きする方法は前述と同様である。
【００５６】
図２は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の斜視図である。
図２に示すように、ケーシング１４０には、主として圧縮機２、第１の放熱器３、第２の放熱器５、第１のポンプ９、第２のポンプ１８およびタンク２０が内蔵され、ケーシング１５０には、主として吸熱器１が内蔵されている。上記のように、吸熱器１は熱交換器１ａおよび送風機１ｂからなる。なお、後述する第３の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２では、ケーシング１４０に破線で示すように、タンク２０が内蔵されている。
【００５７】
ケーシング１４０の高さＬ１は、例えば７５０ｍｍ、幅Ｗは、例えば６６０ｍｍ、奥行きＤ１は、例えば５４０ｍｍである。また、ケーシング１５０の高さＬ２は、例えば１２００ｍｍ、幅Ｗは、例えば６６０ｍｍ、奥行きＤ２は、例えば４４０ｍｍである。ヒートポンプ給湯装置１００全体の高さＬは、例えば１９５０ｍｍである。
【００５８】
図３は遠隔操作装置３００の一例を示す模式図である。
図３に示すように、遠隔操作装置３００は、電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追い焚きスイッチ３０３、液晶表示部３０４、メニュースイッチ３０５、上下スイッチ３０６、確定スイッチ３０７、予約スイッチ３０８、給湯優先スイッチ３０９およびおまかせスイッチ３１０を含む。
【００５９】
使用者により電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追い焚きスイッチ３０３、メニュースイッチ３０５、上下スイッチ３０６、確定スイッチ３０７、予約スイッチ３０８、給湯優先スイッチ３０９およびおまかせスイッチ３１０が押下操作される。それにより、遠隔操作装置３００は、後述するヒートポンプ給湯装置１００の制御部に所定の指令信号を送信する。制御部は、遠隔操作装置３００より送信される所定の指令信号を受信し、ヒートポンプ給湯装置１００の各構成要素を制御する。
【００６０】
使用者が電源スイッチ３０１を押下すると、後述の制御部が第２の流量センサ１４からの流量値を受信可能な待機状態に設定される。また、冷媒循環回路１１０の動作中に使用者が再度電源スイッチ３０１を押下すると、後述の終了前動作が行われた後、冷媒循環回路１１０の動作が停止される。ふろ自動スイッチ３０２を押下することにより図１の浴槽１０内に図示しない水回路により所定の温度の水が蓄えられる。追い焚きスイッチ３０３を押下することにより冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０が動作し、浴槽１０内の温水が追い焚きされる。
【００６１】
また、液晶表示部３０４には、温水の設定温度３０４ａ、設定湯量３０４ｂ、運転状態３０４ｃおよび現在時刻３０４ｄが表示される。
【００６２】
例えば、使用者は、メニュースイッチ３０５を押下することにより、温水の温度の設定、湯量の設定、運転状態の設定および現在時刻の設定の切り替えを行い、上下スイッチ３０６ａ，３０６ｂを押下することにより各設定を行い、確定スイッチ３０７を押下することにより設定内容を確定する。給湯優先スイッチ３０９を押下することにより給湯を優先させるか浴槽１０を優先させるかを切り替える。
【００６３】
例えば、給湯条件を設定する場合、まず給湯優先スイッチ３０９を押下する。温水の温度を設定する場合には、メニュースイッチ３０５により設定温度３０４ａを選択し、さらに上下スイッチ３０６ｂを押下することにより給湯時の設定温度が上昇し、上下スイッチ３０６ａを押下することにより給湯時の設定温度が下降する。ここで、上下スイッチ３０６ａを押下し続けることにより設定温度３０４ａが例えば３５℃以下に設定すると、設定温度３０４ａの代わりに「給湯切」が表示される。この場合、冷媒循環回路１１０の動作が停止され、給湯栓１６の蛇口から水道水Ｗが供給される。
【００６４】
また、湯量を設定する場合、メニュースイッチ３０５により設定湯量３０４ｂを選択し、さらに上下スイッチ３０６ｂを押下することにより湯量が多めに設定され、上下スイッチ３０６ａを押下することにより湯量が少なめに設定される。また、使用者は、予約スイッチ３０８を押下することにより、所定の時刻に所定の動作を行うよう設定することができる。
【００６５】
図４はヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化をフロン系冷媒と比較して示すモリエル線図である。
【００６６】
図４の縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピを示す。また、一点鎖線ＣはＣＯ２冷媒の状態変化を示し、Ｆはフロン系冷媒の状態変化を示す。Ｃ１はＣＯ２冷媒の飽和液線を示し、Ｃ２はＣＯ２冷媒の飽和蒸気曲線を示し、Ｆ１はフロン系冷媒の飽和液線を示し、Ｆ２はフロン系冷媒の飽和蒸気曲線を示す。ＰｃはＣＯ２冷媒の臨界点を示し、Ｐｆはフロン系冷媒の臨界点を示す。ＴｃはＣＯ２冷媒の等温線を示し、Ｔｆはフロン系冷媒の等温線を示す。
【００６７】
飽和液線Ｃ１，Ｆ１よりも低エンタルピ側では、冷媒は液体状態となり、飽和液線Ｃ１，Ｆ１よりも高エンタルピ側でかつ飽和蒸気線Ｃ２，Ｆ２より低エンタルピ側では、冷媒は液体と気体との二相状態となり、飽和蒸気線Ｃ２，Ｆ２よりも高エンタルピ側では、冷媒は気体状態となる。また、臨界点以上の圧力では、冷媒は超臨界状態となる。
【００６８】
図４の位置Ｓ１１，Ｓ２１は、吸熱器の出口および圧縮機の入口に相当し、位置Ｓ１２，Ｓ２２は圧縮機の出口および放熱器の入口の相当し、位置Ｓ１３，Ｓ２３は放熱器の出口および減圧弁の入口に相当し、位置Ｓ１４，Ｓ２４は減圧弁の出口および吸熱器の入口に相当する。
【００６９】
まず、ＣＯ２冷媒の状態変化について説明する。位置Ｓ１１のＣＯ２冷媒は、圧縮機によって高温高圧の超臨界のガス状態になり、位置Ｓ１２に移行する。この過程でＣＯ２冷媒の圧力およびエンタルピが増加する。次に、位置Ｓ１２のＣＯ２冷媒が放熱器を通過することにより熱が水に放出され、位置Ｓ１３に移行する。配管の圧力損失を無視すると、この過程でＣＯ２冷媒の圧力は変化せず、エンタルピが低下する。このとき、ＣＯ２冷媒の温度は低下する。さらに、位置Ｓ１３のＣＯ２冷媒が減圧弁を通過することにより低温低圧の液体およびガスの二相状態になり、位置Ｓ１４に移行する。この過程でＣＯ２冷媒の圧力は低下し、エンタルピは変化しない。その後、位置Ｓ１４のＣＯ２冷媒が吸熱器を通過することにより外気の熱を吸収しつつ低温低圧のガス状態になり、位置Ｓ１１に移行する。この過程で圧力は変化せず、エンタルピが増加する。
【００７０】
次に、フロン系冷媒の状態変化について説明する。位置Ｓ２１のフロン系冷媒は圧縮機によって高温高圧のガス状態になり、位置Ｓ２２に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力およびエンタルピが増加する。次に、位置Ｓ２２のフロン系冷媒が放熱器を通過することにより熱が水に放出され、位置Ｓ２３に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力は変化せず、エンタルピが低下する。このとき、フロン系冷媒の温度が低下する。それにより、フロン系冷媒は液化する。さらに、位置Ｓ２３のフロン系冷媒が減圧弁を通過することにより低温低圧の液体およびガスの二相状態になり、位置Ｓ２４に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力は低下し、エンタルピは変化しない。その後、位置Ｓ２４のフロン系冷媒が吸熱器を通過することにより外気の熱を吸収しつつ低温低圧のガス状態になり、位置Ｓ２１に移行する。この過程で圧力は変化せずエンタルピが増加する。
【００７１】
このように、ＣＯ２冷媒では、フロン系冷媒と比較すると、サイクル内での作動圧力が４〜５倍と高くなる一方で、低圧から高圧への圧縮比が小さく、圧縮機での圧縮効率が向上する。その結果、ヒートポンプの効率を示す成績係数ＣＯＰ（熱出力／駆動エネルギー入力）が大きくなる。また、低温下でも低圧が高いため、フロン系冷媒では対応が困難であった寒冷地などでも容易に作動することができる。
【００７２】
次に、放熱器におけるＣＯ２冷媒およびフロン系冷媒の加熱特性について説明する。図５は放熱器におけるフロン系冷媒およびＣＯ２冷媒の加熱特性を示す図である。また、図６は放熱器の構造を示す模式図である。
【００７３】
図５において、縦軸が温度を示し、横軸が放熱器の冷媒入口および水出口から冷媒出口および水入口までの位置を示す。
【００７４】
図６に示すように、第１の放熱器３には、曲折された冷媒用の蛇行配管５００が形成されている。その蛇行配管５００に沿って水用の蛇行配管５０１が形成されている。蛇行配管５０１は蛇行配管５００と接触するように設けられている。それにより、熱量の変換が効率よく行われる。
【００７５】
蛇行配管５００の一端には冷媒入口Ｃｉｎが設けられ、蛇行配管５００の他端には冷媒出口Ｃｏｕｔが設けられる。また、蛇行配管５０１の一端には水出口Ｗｏｕｔが設けられ、蛇行配管５０１の他端には水入口Ｗｉｎが設けられる。すなわち、冷媒入口Ｃｉｎと水出口Ｗｏｕｔとが蛇行配管５００，５０１の同じ一端に設けられ、冷媒出口Ｃｏｕｔと水入口Ｗｉｎとが蛇行配管５００，５０１の同じ他端に設けられる。
【００７６】
それにより、図５（ｂ）に示す一定の比例関係を有する温度変化が第１の放熱器３内でも維持され、冷媒から水への熱の供給が効率よく行われる。
【００７７】
図５（ａ）はフロン系冷媒の温度変化Ａ１および水の温度変化Ｂ１を示し、図５（ｂ）はＣＯ２冷媒の温度変化Ａ２および水の温度変化Ｂ２を示す。
【００７８】
図５（ａ）に示すように、冷媒入口Ｃｉｎから流入したフロン系冷媒が水に熱量を供給することにより、フロン系冷媒の温度が直線的に低下する。しかし、その後、フロン系冷媒が凝縮域に入り、ガス状態から液体状態に変遷する。その際に、潜熱が必要となり、フロン系冷媒の熱量が潜熱として消費される。そのため、フロン系冷媒の温度が、矢印Ａ１１で示すように、変化せず、フロン系冷媒から水に効率良く熱が供給されない。したがって、水入口Ｗｉｎから流入した水の温度は、矢印Ｂ１１で示すように緩やかに上昇することになる。
【００７９】
一方、図５（ｂ）に示すように、冷媒入口Ｃｉｎから流入したＣＯ２冷媒が水に熱量を供給することにより、ＣＯ２冷媒の温度が直線的に低下する。この場合、ＣＯ２冷媒は、超臨界域にあるため、潜熱が必要とならない。そのため、ＣＯ２冷媒が冷媒出口Ｃｏｕｔから排出されるまで、ＣＯ２冷媒の温度は、矢印Ａ２１で示すように、直線的に低下し続ける。それにより、水入口Ｗｉｎから流入した水にＣＯ２冷媒から効率的に熱量が供給され、水の温度は、矢印Ｂ２１で示すように、直線的に上昇し続け、水出口Ｗｏｕｔから排出される。
【００８０】
上記の温度特性により、フロン系冷媒を用いた場合には、常温の水を出湯温度Ｐ１（＝６５℃）までしか上昇させることができないが、ＣＯ２冷媒を用いることにより、常温の水を出湯温度Ｐ２（＝９０℃）まで上昇させることができる。
【００８１】
図７は図１のヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。
【００８２】
図７に示すように、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号を受け取る。
【００８３】
制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、送風機１ｂの回転数、第１の減圧弁４の開度、第１のバイパス弁７の開閉、圧縮機２の回転数、第２のバイパス弁８の開閉、第２の減圧弁６の開度、第１のポンプ９の回転数および混合弁１３の切り替えを制御する。
【００８４】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の停止時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【００８５】
図８は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の終了前動作の第１の例を示すフローチャートである。
【００８６】
図８に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ１）。
【００８７】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ２）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ３）。圧縮機２の停止処理については後述する。
【００８８】
次に、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ４）。さらに、制御部４０は、第１の減圧弁４の全開処理を行う（ステップＳ５）。これにより、終了前動作が終了する。
【００８９】
ステップＳ２において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１または、追い焚きスイッチ３０３がオフされたか否かを判別する（ステップＳ６）。
【００９０】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ３）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ４）および第１の減圧弁４の全開処理（ステップＳ５）を行う。なお、第１の減圧弁４の開度はステッピングモータにより制御される。
【００９１】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ１に戻り上記の処理を繰り返す。
【００９２】
ここで、圧縮機２の停止処理について説明する。図９は制御部４０による圧縮機２の停止処理における圧縮機２の回転数の変化を示す模式図であり、（ａ）は停止処理の第１の例を示し、（ｂ）は停止処理の第２の例を示す。
【００９３】
図９（ａ）および図９（ｂ）において、縦軸は圧縮機２の単位時間当りの回転数を示し、横軸は時間を示す。
【００９４】
図９（ａ）の例においては、制御部４０は、時点ｔ１で第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下になるかまたは遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされると、圧縮機２の単位時間当りの回転数を徐々に減少させ、所定時間経過後に圧縮機２を停止させる。例えば、圧縮機２の回転数を１秒間に０．５〜１Ｈｚずつ低下させ、圧縮機２の回転数が最低回転数（例えば３０Ｈｚ）になった時点で停止させる。
【００９５】
また、図９（ｂ）の例においては、制御部４０は、時点ｔ２で第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下になるかまたは遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされると、圧縮機２の回転数を低下させ、圧縮機２を一定回転数で所定時間回転させた後、時点ｔ３で停止させる。例えば圧縮機２の回転数を５０〜６０Ｈｚに低下させ、その回転数で所定時間回転させた後、停止させる。
【００９６】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【００９７】
なお、配管４５を流れる温水の流量が少ない場合、入水温度が高い場合等のように、給湯負荷が小さい場合には、圧縮機２の回転数が低い状態（例えば３０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）になっているので、圧縮機２を即座に停止させてもよい。それにより、使用者が給湯栓１６を閉じた後に第１の放熱器３により水が加熱されて使用者が再度給湯栓１６を開いたときに蛇口から高温の湯が吐出することが防止される。
【００９８】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【００９９】
さらに、上記の第１の減圧弁４の全開処理により、即座に冷媒循環回路１１０内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時に圧力差による圧縮機２の負担を軽減することができる。
【０１００】
なお、ステップＳ３の圧縮機２の停止処理、ステップＳ４の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ５の第１の減圧弁４の全開処理のうちいずれか１つまたは２つを行ってもよい。なお、ステップＳ５の第１の減圧弁４の全開処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。ただし、冬季に外気温度を検知して意図的に除霜運転を停止時に行う場合には、圧縮機２が動作している状態で第１の減圧弁４を開いてもよい。
【０１０１】
図１０は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の終了前動作の第２の例を示すフローチャートである。
【０１０２】
図１０に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ７）。
【０１０３】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ８）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ９）。圧縮機２の停止処理は、第１の例と同様である。
【０１０４】
次に、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ１０）。さらに、制御部４０は、第１の放熱器３のバイパス処理を行う（ステップＳ１１）。この第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。その後、終了前動作が終了する。
【０１０５】
ステップＳ８において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ１２）。
【０１０６】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ９）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ１０）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ１１）を行う。
【０１０７】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ７に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１０８】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１０９】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１１０】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が配管３６および第２のバイパス弁８を介して熱交換器１ａに送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器１ａに付着することを防止し、熱交換器１ａに付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器１ａの吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【０１１１】
なお、ステップＳ９の圧縮機２の停止処理、ステップＳ１０の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ１１の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つまたは２つを行ってもよい。ただし、ステップＳ１１の第１の放熱器３のバイパス処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。
【０１１２】
また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３操作に基づいて制御される。
【０１１３】
なお、本実施例においては、使用者が給湯栓１６を開いたか否かを判定するために、第２の流量センサ１４により配管４５内を流れる水量を検知することとしたが、これに限定されず、第１の流量センサ１２により配管４２内を流れる水量を検知することとしてもよい。または、使用者が給湯栓１６を開いたか否かを判定するために、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４の両方により配管４２，４５内を流れる水量を検知することとしてもよい。さらに、第１の流量センサを設けなくてもよい。また、流量センサの代わりに、流量スイッチ、圧力スイッチまたは温度センサなどにより配管４２，４５内の水の流量を検知してもほぼ同様の効果が得られる。
【０１１４】
（第２の実施例）
図１１は本発明の第２の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１０１の構成を示す模式図である。
【０１１５】
図１１に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１が第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、配管４６および第３のバイパス弁１７を備える点である。
【０１１６】
この場合、配管４６は、配管４４から分岐するように設けられている。第３のバイパス弁１７は配管４６に介挿されている。
【０１１７】
図１２は図１１のヒートポンプ給湯装置１０１の制御系の構成を示すブロック図である。
【０１１８】
図１２に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１の制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第３のバイパス弁１７を制御する点である。
【０１１９】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、第３のバイパス弁１７の開閉を制御する。
【０１２０】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１の停止時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【０１２１】
図１３は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１における制御部４０の終了前動作の第１の例を示すフローチャートである。
【０１２２】
図１３に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ１３）。
【０１２３】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ１５）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１２４】
次に、制御部４０は、温水排出処理を行う（ステップＳ１６）。この温水排出処理においては、第３のバイパス弁１７が開放され、混合弁１３の第１の入口および混合弁１３の第２の入口が閉じられる。この場合、温水は配管４４、第３のバイパス弁１７および配管４６を介して排出される。
【０１２５】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ１７）。最後に、制御部４０は、第１の減圧弁４の全開処理を行う（ステップＳ１８）。これにより、終了前動作が終了する。
【０１２６】
ステップＳ１４において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ１９）。
【０１２７】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ１５）、温水排出処理（ステップＳ１６）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ１７）および第１の減圧弁４の全開処理（ステップＳ１８）を行う。
【０１２８】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ１３に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１２９】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１３０】
また、上記の温水排出処理により、ヒートポンプ給湯装置１００の停止時に第１の放熱器３によって加熱された温水が排出される。それにより、第１の放熱器３が冷却されるとともに、使用者が再度給湯栓１６を開いた場合に、給湯後における第１の放熱器３内部の熱容量によって加熱された高温の湯が蛇口から吐出することを防止することができる。
【０１３１】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１３２】
さらに、上記の第１の減圧弁４の全開処理により、即座に冷媒循環回路１１０内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時に圧力差による圧縮機２の負担を軽減することができる。
【０１３３】
なお、ステップＳ１５の圧縮機２の停止処理、ステップＳ１６の温水排出処理、ステップＳ１７の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ１８の第１の減圧弁４の全開処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。なお、ステップＳ１８の第１の減圧弁４の全開処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。ただし、冬季に外気温度を検知して意図的に除霜運転を停止時に行う場合には、圧縮機２が動作している状態で第１の減圧弁４を開いてもよい。
【０１３４】
図１４は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１における制御部４０の終了前動作の第２の例を示すフローチャートである。
【０１３５】
図１４に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ２０）。
【０１３６】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ２２）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１３７】
次に、制御部４０は、温水排出処理を行う（ステップＳ２３）。この温水排出処理においては、第３のバイパス弁１７が開放され、混合弁１３の第１の入口および混合弁１３の第２の入口が閉じられる。この場合、温水は配管４４、第３のバイパス弁１７および配管４６を介して排出される。
【０１３８】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ２４）。最後に、制御部４０は、第１の放熱器３のバイパス処理を行う（ステップＳ２５）。この第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。その後、終了前動作が終了する。
【０１３９】
ステップＳ２１において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ２６）。
【０１４０】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ２２）、温水排出処理（ステップＳ２３）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ１０）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ１１）を行う。
【０１４１】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ２０に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１４２】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１４３】
また、上記の温水排出処理により、ヒートポンプ給湯装置１００の停止時に第１の放熱器３によって加熱された温水が排出される。それにより、第１の放熱器３が冷却されるとともに、使用者が再度給湯栓１６を開いた場合に、給湯後における第１の放熱器３内部の熱容量によって加熱された高温の湯が蛇口から吐出することを防止することができる。
【０１４４】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１４５】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が配管３６および第２のバイパス弁８を介して熱交換器１ａに送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器１ａに付着することを防止し、熱交換器１ａに付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器１ａの吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【０１４６】
なお、ステップＳ２２の圧縮機２の停止処理、ステップＳ２３の温水排出処理、ステップＳ２４の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ２５の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。ただし、ステップＳ２５の第１の放熱器３のバイパス処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。
【０１４７】
また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３操作に基づいて制御される。
【０１４８】
（第３の実施例）
図１５は本発明の第３の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１０２の構成を示す模式図である。
【０１４９】
図１５に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２が第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、第２のポンプ１８、逆止弁１９、タンク２０、第４のバイパス弁２１、第５のバイパス弁２２および配管４７〜５１を備える点である。
【０１５０】
この場合、配管４１は配管４７および配管４８に分岐している。配管４７はタンク２０の水入口に接続されている。配管４８は配管４５に接続され、配管４８には第５のバイパス弁２２が介挿されている。また、配管５０の一端はタンク２０の水出口に接続されており、配管５０の他端は第１の放熱器３の水入口に接続されている。配管５０には第２のポンプ１８および第１の流量センサ１２が介挿され、第２のポンプ１８に並列に逆止弁１９が接続されている。また、配管５１は配管４４から分岐し、タンク２０の湯入口に接続されている。配管５１には第４のバイパス弁２１が介挿されている。タンク２０の湯出口は、配管４９を介して混合弁１３の第２の入口に接続されている。
【０１５１】
通常の給湯時には、配管４１に流入した水道水Ｗが配管４７を通してタンク２０の水入口に供給され、タンク２０の水出口から排出される水が配管５０および逆止弁１９を通して第１の放熱器３に供給される。第１の放熱器３により加熱された温水が配管４４、混合弁１３および配管４５を通して給湯栓１６から排出される。
【０１５２】
本実施例においては、出湯温度センサ１５によって測定される配管４５を通過する温水の温度が過度に高い場合、第５のバイパス弁２２が開放され、配管４８を介して水道水Ｗが温水に足される。これにより、適温の温水が給湯栓１６の蛇口から排出される。
【０１５３】
図１６は図１５のヒートポンプ給湯装置１０２の制御系の構成を示すブロック図である。
【０１５４】
図１６に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２の制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第２のポンプ１８、第４のバイパス弁２１および第５のバイパス弁２２を制御する点である。
【０１５５】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、第２のポンプ１８の回転数、第４のバイパス弁２１の開閉および第５のバイパス弁２２の開閉を制御する。
【０１５６】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２の停止時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【０１５７】
図１７は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２における制御部４０の終了前動作の第１の例を示すフローチャートである。この場合、混合弁１３の第１の入口が開かれ、第２の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が閉じられ、第５のバイパス弁２２が閉じられている。
【０１５８】
図１７に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ２７）。
【０１５９】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ２８）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、蓄熱処理を行う（ステップＳ２９）。
【０１６０】
この蓄熱処理においては、混合弁１３の第１の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が開放され、第２のポンプ１８が動作する。それにより、第１の放熱器３により加熱された温水が第４のバイパス弁２１、配管５１、タンク２０、配管５０および第２のポンプ１８を経由して第１の放熱器３に戻る。このようにして、温水が第１の放熱器３およびタンク２０を循環することにより温水の熱がタンク２０内部に蓄えられる。
【０１６１】
次に、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ３０）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１６２】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ３１）。最後に、制御部４０は、第１の減圧弁４の全開処理を行う（ステップＳ３２）。これにより、終了前動作が終了する。
【０１６３】
ステップＳ２８において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ３３）。
【０１６４】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、蓄熱処理（ステップＳ２９）、圧縮機２の停止処理（ステップＳ３０）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ３１）および第１の減圧弁４の全開処理（ステップＳ３２）を行う。
【０１６５】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ２７に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１６６】
本例では、上記の蓄熱処理により、第１の放熱器３により加熱された温水の熱量がタンク２０に蓄えられるので、使用者が再度給湯栓１６を開いたときに蛇口から熱湯が吐出することが防止される。さらに、タンク２０に貯留された温水を使用することができる。この場合、制御部４０の制御により混合弁１３の第２の入口を開放することにより、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。それにより、無駄なエネルギーの消費が低減される。
【０１６７】
また、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１６８】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１６９】
さらに、上記の第１の減圧弁４の全開処理により、即座に冷媒循環回路１１０内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時に圧力差による圧縮機２の負担を軽減することができる。
【０１７０】
なお、ステップＳ２９の蓄熱処理、ステップＳ３０の圧縮機２の停止処理、ステップＳ３１の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ３２の第１の減圧弁４の全開処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。なお、ステップＳ２９の蓄熱処理は最初に行う必要があり、ステップＳ３２の第１の減圧弁４の全開処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。ただし、冬季に外気温度を検知して意図的に除霜運転を停止時に行う場合には、圧縮機２が動作している状態で第１の減圧弁４を開いてもよい。
【０１７１】
図１８は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２における制御部４０の終了前動作の第２の例を示すフローチャートである。この場合、混合弁１３の第１の入口が開かれ、第２の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が閉じられ、第５のバイパス弁２２が閉じられている。
【０１７２】
図１８に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ３４）。
【０１７３】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ３５）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、蓄熱処理を行う（ステップＳ３６）。
【０１７４】
この蓄熱処理においては、混合弁１３の第１の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が開放され、第２のポンプ１８が動作する。それにより、第１の放熱器３により加熱された温水が第４のバイパス弁２１、配管５１、タンク２０、配管５０および第２のポンプ１８を経由して第１の放熱器３に戻る。このようにして、温水が第１の放熱器３およびタンク２０を循環することにより温水の熱がタンク２０内部に蓄えられる。
【０１７５】
次に、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ３７）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１７６】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ３８）。最後に、制御部４０は、第１の放熱器３のバイパス処理を行う（ステップＳ３９）。これにより、終了前動作が終了する。
【０１７７】
上記の第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。
【０１７８】
ステップＳ３５において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ４０）。
【０１７９】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、蓄熱処理（ステップＳ３６）、圧縮機２の停止処理（ステップＳ３７）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ３８）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ３９）を行う。
【０１８０】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ３４に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１８１】
本例では、上記の蓄熱処理により、第１の放熱器３により加熱された温水の熱量がタンク２０に蓄えられるので、使用者が再度給湯栓１６を開いたときに蛇口から熱湯が吐出することが防止される。さらに、タンク２０に貯留された温水を使用することができる。この場合、制御部４０の制御により混合弁１３の第２の入口を開放することにより、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。それにより、無駄なエネルギーの消費が低減される。
【０１８２】
また、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１８３】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１８４】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が配管３６および第２のバイパス弁８を介して熱交換器１ａに送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器１ａに付着することを防止し、熱交換器１ａに付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器１ａの吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【０１８５】
なお、ステップＳ３６の蓄熱処理、ステップＳ３７の圧縮機２の停止処理、ステップＳ３８の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ３９の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。ただし、ステップＳ３６の蓄熱処理は最初に行う必要があり、ステップＳ３９の第１の放熱器３のバイパス処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。
【０１８６】
なお、夜間等の不使用時に制御部４０の制御により冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を動作させることによりタンク２０に温水を貯留してもよい。この場合、使用時に制御部４０の制御により混合弁１３の第２の入口を開放することにより、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。
【０１８７】
また、混合弁１３の第１および第２の入口を開放することにより、第１の放熱器３により加熱された温水およびタンク２０に貯留された温水の両方を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出することができる。また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３操作に基づいて制御される。
【０１８８】
本実施例においては、第１の減圧弁４および第２の減圧弁６が減圧手段に相当し、第２のバイパス弁８が冷媒流路切り替え手段に相当し、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４が判定手段および流量検知手段に相当し、混合弁１３が流路切り替え手段に相当し、第３のバイパス弁１７が水路切り替え手段に相当し、タンク２０が貯留手段に相当し、制御部４０が制御手段、判定手段および要否判定手段に相当し、電源スイッチ３０１が操作スイッチおよび判定手段に相当し、追い焚きスイッチ３０３が動作スイッチおよび判定手段に相当する。
【０１８９】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置によれば、判定手段によって加熱が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器により加熱された水は水供給路により所定場所に導かれる。これにより、使用者に加熱された水を供給することができる。また、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段によって所定の終了前動作が実行される。このように、冷媒循環回路が急停止されずに終了前動作が実行された後に停止されるので、冷媒循環回路の急停止によるヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図２】本実施例に係るヒートポンプ給湯装置の斜視図
【図３】遠隔操作装置の一例を示す模式図
【図４】ヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化をフロン系冷媒と比較して示すモリエル線図
【図５】放熱器におけるフロン系冷媒およびＣＯ２冷媒の加熱特性を示す図
【図６】放熱器の構造を示す模式図
【図７】図１のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第１の例を示すフローチャート
【図９】制御部による停止処理における圧縮機の回転数の変化を示す模式図
【図１０】本発明の第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第２の例を示すフローチャート
【図１１】本発明の第２の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１２】図１１のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第１の例を示すフローチャート
【図１４】本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第２の例を示すフローチャート
【図１５】本発明の第３の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１６】図１５のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の第３の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第１の例を示すフローチャート
【図１８】本発明の第３の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第２の例を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 吸熱器
１ａ 熱交換器
１ｂ 送風機
２ 圧縮機
３ 第１の放熱器
４ 第１の減圧弁
５ 第２の放熱器
６ 第２の減圧弁
８ 第２のバイパス弁
１２ 第１の流量センサ
１３ 混合弁
１４ 第２の流量センサ
１７ 第３のバイパス弁
２０ タンク
５０ 制御部
１００，１０１，１０２ ヒートポンプ給湯装置
１１０ 冷媒循環回路
１２０ 第１の水回路
１３０ 第２の水回路
３００ 遠隔操作装置
３０１ 電源スイッチ
３０３ 追い焚きスイッチ
Ｗ 水道水
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプを用いた給湯装置（以下、ヒートポンプ給湯装置と呼ぶ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々のヒートポンプ給湯装置が開発されている。ヒートポンプは、主として、吸熱器、圧縮機、放熱器および減圧弁からなり、冷媒がこれらの吸熱器、圧縮機、放熱器および減圧弁を備えた閉回路を循環する。この場合、冷媒が減圧弁を通ることにより低温低圧にされ、低温低圧の冷媒が吸熱器に供給されることにより外気の熱が吸収される。さらに、熱を吸収した冷媒が圧縮機により圧縮されることによって高温高圧になり、放熱器により冷媒の熱が水道水に与えられる。これにより、低い電力で水道水が加熱される。
【０００３】
このようなヒートポンプ給湯装置には、貯湯タンクを備え、予め加熱された水を貯湯タンクに貯えておく貯湯式のヒートポンプ給湯装置と、使用時に水道水を瞬間的に加熱する瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置とがある。
【０００４】
貯湯式のヒートポンプ給湯装置では、マイクロコンピュータの制御により、深夜のうちに貯湯タンクに貯留されている水をポンプで循環させて加熱する。したがって、使用者が温水用の水道栓を開くと、貯湯タンクに加熱貯留された水が蛇口から供給される。使用者が水道栓を閉じると、貯湯タンクからの水の供給が停止される。このような貯湯式のヒートポンプ給湯装置では、ヒートポンプの動作および停止が使用者の水道栓の開閉操作とは無関係にマイクロコンピュータにより制御される。
【０００５】
上記の貯湯式のヒートポンプ給湯装置においては、貯湯タンクは一日に家庭で使用される湯量をまかなうため一般的に３００〜４００リットル程度の容量が必要とされるため小型化が困難となる。また、耐圧性能を満足するために貯湯タンク軽量化は困難である。このため、運搬時の問題や設置工事の問題を考慮して、ヒートポンプ給湯装置は一般的に２つのユニットで構成される。さらに、設置後は、通常貯湯タンクは満水状態であり、その重量は数百キログラムとなる。これらにより、ヒートポンプ給湯装置を設置するための広い設置スペースが必要となるとともに、設置場所には多大な耐荷重が要求される。
【０００６】
そこで、近年、貯湯タンクを有さない瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置では、使用時にヒートポンプを動作させて瞬間的に水道水を加熱し、加熱された水を蛇口から供給する。このような瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置では、貯湯タンクが不要であるため、小型化および軽量化が可能である。また、貯湯時の放熱ロスがなく、使用する分だけ加熱供給するので無駄がなく、電気代も低減できる。さらに、必要に応じて温水を加熱供給できるので、大量に湯を使用しても湯切れすることがない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３１１５９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置においては、使用者が水道栓を閉じると、ヒートポンプの動作が停止する。すなわち、使用者の操作に連動してヒートポンプの動作およびその停止が任意のタイミングで行われる。このような任意のタイミングでのヒートポンプの急停止により過昇温状態や動作不良が発生する場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、過昇温状態および動作不良の発生が防止され、信頼性および安全性が高い瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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、放熱器の水流路を介して水を所定場所に導く水供給路と、加熱の要否を判定する判定手段と、判定手段により加熱が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を開始させ、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行する制御手段とを備えたものである。
【００１２】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、判定手段によって加熱が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器により加熱された水は水供給路により所定場所に導かれる。また、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段によって所定の終了前動作が実行される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、冷媒流路および水流路を有する放熱器、減圧手段、吸熱器および圧縮機を有し、冷媒を放熱器の冷媒流路、減圧手段、吸熱器および圧縮機を循環させる冷媒循環回路と、放熱器の水流路を介して水を所定場所に導く水供給路と、加熱の要否を判定する判定手段と、判定手段により加熱が必要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を開始させ、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行する制御手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置においては、判定手段によって加熱が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器により加熱された水は水供給路により所定場所に導かれる。これにより、使用者に必要に応じて加熱された水を供給することができる。また、冷媒循環回路が動作している際に判定手段により加熱が不要であると判定された場合、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段によって所定の終了前動作が実行される。このように、冷媒循環回路が急停止されずに終了前動作が実行された後に停止されるので、冷媒循環回路の急停止によるヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、判定手段は、水供給路における水の流量を検知する流量検知手段と、流量検知手段により検知された流量に基づいて加熱の要否を判定する要否判定手段とを含むものである。
【００１６】
この場合、流量検知手段によって水供給路を流れる水流量が検知され、検知された流量に基づいて要否判定手段によって加熱の要否が判定される。それにより、使用者が水道栓を操作して出湯を止めた場合や、例えば断水などで配管からの給水が止まった場合等にも、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作が実行される。その結果、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、使用者が水供給の要否を入力可能な操作スイッチをさらに備え、制御手段は、冷媒循環回路の動作中に操作スイッチがオフにされた場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行するものである。
【００１８】
この場合、操作スイッチによって温水供給必要の入力がされ、さらに要否判定手段が流量検知手段の信号に基づいて加熱必要と判定した場合に、制御手段は、冷媒循環回路の動作を開始させるが、この冷媒循環回路の動作中に操作スイッチにより温水不要が入力された場合、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段により所定の終了前動作が実行される。それにより、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、判定手段は、冷媒循環回路の動作の終了を指令するための動作スイッチと、動作スイッチの操作に基づいて加熱の要否を判定する要否判定手段とを含むものである。
【００２０】
この場合、動作スイッチにより冷媒循環回路の動作の終了が指令され、動作スイッチの指令に基づいて要否判定手段によって加熱の要否が判定される。それにより、使用者が動作スイッチにより動作の終了を指令した場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作が実行される。その結果、ヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、圧縮機の回転数を減少させる動作を含むものである。この場合、冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機の安全性および信頼性を確保することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、圧縮機の回転数を連続的に減少させて圧縮機を停止させる動作を含むものである。この場合、圧縮機の回転数を連続的に減少させることにより冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、圧縮機の回転数を段階的に減少させて圧縮機を停止させる動作を含むものである。この場合、圧縮機の回転数を段階的に減少させることにより冷媒循環回路内の潤滑油を圧縮機に回収することができ、圧縮機内の潤滑油が不足することを防止することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、放熱器により加熱された水を排出するための排水路と、放熱器により加熱された水を水供給路または排水路に選択的に導くための水路切り替え手段とをさらに備え、終了前動作は、放熱器により加熱された水が排水路から排出されるように水路切り替え手段を切り替える動作を含むものである。
【００２５】
この場合、水路切り替え手段により放熱器により加熱された水の流路が排水路へと切り替えられ、放熱器により加熱された水はこの排水路からヒートポンプ給湯装置外に排出される。それにより、放熱器が冷却されるとともに、給湯後における放熱器内部の熱容量によって加熱された高温の水が、使用者が再度給湯栓を開いた場合に蛇口から吐出することを防止することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、吸熱器は、大気の熱を冷媒に与える熱交換器および熱交換器に大気を送る送風機を含み、終了前動作は、送風機を停止させる動作を含むものである。この場合、熱交換器による大気からの吸熱量を低下させることができる。それにより、放熱器内部の過昇温を防止することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、終了前動作は、減圧手段の減圧機能を解除する動作を含むものである。この場合、即座に冷媒循環回路内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置の再起動時に圧力差による圧縮機の負担を軽減することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、冷媒循環回路は、放熱器を迂回する冷媒バイパス流路と、放熱器の冷媒流路または冷媒バイパス流路に冷媒を選択的に導く冷媒流路切り替え手段とをさらに有し、終了前動作は、冷媒バイパス流路に冷媒が導かれるように冷媒流路切り替え手段を切り替える動作を含むものである。
【００２９】
この場合、冷媒流路切り替え手段により冷媒の流路が放熱器を迂回するための冷媒バイパス流路へと切り替えられる。それにより、高温高圧ガス化した冷媒が放熱器を通過せずに熱交換器に送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器に付着することを防止および熱交換器に付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器の吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、熱量を蓄積する蓄熱手段をさらに備え、終了前動作は、放熱器により加熱された水の熱量を蓄熱手段に導く動作を含むものである。
【００３１】
この場合、放熱器により加熱される水の熱量が蓄熱手段に蓄積される。それにより、再び水が必要と判定されたときに高温の水が吐出することを防止することができる。また、本来、放熱されてしまう熱量が蓄熱手段に蓄積されるため、熱エネルギーの無駄を低減できる。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、蓄熱手段は、放熱器により加熱された水を貯留する貯留手段を含み、放熱器からの水および貯留手段に貯留された水の一方または両方を水供給路に導く流路切り替え手段をさらに備えるものである。
【００３３】
この場合、放熱器により加熱された水を貯留手段に貯留することができる。また、放熱器からの水および貯留手段に貯留された水の一方または両方を流路切り替え手段により水供給路に導いて使用することができる。それにより、無駄なエネルギーの消費が低減される。また、貯留した水を優先して使用することで、水供給路には出湯開始当初から加熱された水が供給され、使い勝手が向上する。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置の構成において、冷媒は、二酸化炭素よりなるものである。冷媒として二酸化炭素を用いることによって、圧縮機内での作動圧力を高くすることができ、低圧から高圧への圧縮比を小さくすることができる。それにより、圧縮機での圧縮効率が向上し、高温な水を供給することができる。さらに、放熱器において冷媒が超臨界状態にあるので、潜熱が不要となる。それにより、冷媒から水に効率的に熱量を供給することができる。その結果、ヒートポンプの効率を示す成績係数ＣＯＰ（熱出力／駆動エネルギー入力）が大きくなる。また、低温下でも低圧が高いため、寒冷地などでも容易にヒートポンプ給湯装置が作動することができる。
【００３５】
【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。
【００３６】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１００の構成を示す模式図である。
【００３７】
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１００は、冷媒循環回路１１０、第１の水回路１２０および第２の水回路１３０により構成される。
【００３８】
冷媒循環回路１１０は、吸熱器１、圧縮機２、第１の放熱器３、第１の減圧弁４、第２の放熱器５、第２の減圧弁６、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８を備える。吸熱器１は熱交換器１ａおよび送風機１ｂからなる。第１の放熱器３および第２の放熱器５は熱交換器からなる。
【００３９】
熱交換器１ａの冷媒出口は、配管３１を介して圧縮機２の入口に接続されている。圧縮機２の出口は、配管３２を介して第１の放熱器３の冷媒入口に接続されている。第１の放熱器３は、配管３３を介して第２の放熱器５の冷媒入口に接続され、配管３３には第１の減圧弁４が介挿されている。第２の放熱器５の冷媒出口は、配管３４を介して熱交換器１ａの冷媒入口に接続され、配管３４には第２の減圧弁６が介挿されている。また、配管３２から配管３５が分岐し、配管３５から配管３６が分岐している。配管３５は配管３３の第１の減圧弁４の下流側に接続され、配管３６は配管３４に接続されている。配管３５には第１のバイパス弁７が介挿され、配管３６には第２のバイパス弁８が介挿されている。
【００４０】
第１の水回路１２０は、レギュレータ１１、第１の流量センサ１２、第１の放熱器３、混合弁１３、第２の流量センサ１４および出湯温度センサ１５を備える。配管４１は配管４２および配管４３に分岐されている。配管４１にはレギュレータ１１が介挿され、配管４２には第１の流量センサ１２が介挿されている。配管４２は第１の放熱器３の水入口に接続されている。また、第１の放熱器３の水出口は、配管４４を介して混合弁１３の第１の入口に接続されている。配管４３は混合弁１３の第２の入口に接続されている。混合弁１３の出口は、配管４５を介して給湯栓１６に接続され、配管４５には第２の流量センサ１４が介挿されている。また、配管４５には出湯温度センサ１５が取り付けられている。
【００４１】
第２の水回路１３０は、上記の第２の放熱器５および第１のポンプ９により構成される。第２の放熱器５の水入口は配管３７を介して浴槽１０の出口に接続され、配管３７には第１のポンプ９が介挿されている。第２の放熱器５の水出口は、配管３８を介して浴槽１０の入口に接続されている。
【００４２】
ヒートポンプ給湯装置１００において、主として、吸熱器１、圧縮機２、第１の放熱器３、第１の減圧弁４、第２の放熱器５および第２の減圧弁６がヒートポンプを構成する。本実施例では、ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。この冷媒は、冷媒循環回路１１０内を循環する。
【００４３】
ヒートポンプ給湯装置１００では、ヒートポンプにより、第１の水回路１２０に供給される水道水Ｗを加熱し、温水を給湯栓１６の蛇口から供給することが可能であり、また浴槽１０の水または低温になった湯を第２の水回路１３０を循環させて追い焚きすることも可能である。
【００４４】
なお、本実施例のヒートポンプ給湯装置１００では、１つの圧縮機２が用いられているが、複数の圧縮機２を並列に設けてもよい。
【００４５】
次に、図１のヒートポンプ給湯装置１００における冷媒循環回路１１０、第１の水回路１２０および第２の水回路１３０の各動作について説明する。
【００４６】
まず、冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を用いて水道水Ｗを加熱する方法について説明する。この場合、初期状態として、第１の減圧弁４は絞りの状態にある。第２の減圧弁６は開放されている。また、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８は閉じており、第１のポンプ９は停止している。さらに、混合弁１３は第１の入口と出口が連通した状態になっている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動する。
【００４７】
冷媒循環回路１１０において、冷媒が第１の減圧弁４を通過することによって、低温低圧のガスになる。低温低圧のガスになった冷媒は、配管３３を介して第２の放熱器５および第２の減圧弁６を通過し、配管３４を介して熱交換器１ａに流入する。熱交換器１ａ内で、冷媒は送風機１ｂによって送られる大気からの熱を吸収する。大気熱を吸収した冷媒は、蒸発ガス化し、配管３１を介して圧縮機２に流入する。冷媒は、圧縮機２によって圧縮されることにより高温高圧のガスになる。高温高圧ガスになった冷媒は、配管３２を介して第１の放熱器３に流入する。第１の放熱器３によって冷媒の高温の熱が後述する第１の水回路１２０に供給される水道水Ｗに放出される。これにより、後述する第１の水回路１２０に供給される水道水Ｗが加熱される。その後、冷媒は、第１の減圧弁４に流入する。このサイクルが繰り返される。
【００４８】
一方、第１の水回路１２０では、水道水Ｗが配管４１を介してレギュレータ１１に導かれ、レギュレータ１１によって所定の圧力に調整された後、配管４２を介して第１の流量センサ１２を通過し、第１の放熱器３に流入する。第１の流量センサ１２は、第１の放熱器３に流入する水道水Ｗの流量を検知している。
【００４９】
第１の放熱器３に流入した水道水Ｗは、ヒートポンプにより加熱されて温水になる。この温水は配管４４を介して混合弁１３の第１の入口および混合弁１３の出口を通過する。その後、温水は第２の流量センサ１４を通過し、配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出される。この場合、第２の流量センサ１４は、配管４５を通過する温水の流量を検知している。また、出湯温度センサ１５は、配管４５を通過する温水の温度を検知している。
【００５０】
ここで、出湯温度センサ１５によって測定される配管４５を通過する温水の温度が過度に高い場合、混合弁１３の第２の入口が開放され、配管４３を介して水道水Ｗが温水に加えられる。これにより、適温の温水が給湯栓１６の蛇口から排出される。
【００５１】
次に、冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０を用いて浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きする方法について説明する。この場合、初期状態として、第１の減圧弁４は開放されており、第２の減圧弁６は絞りの状態にある。また、第１のバイパス弁７は開放されており、第２のバイパス弁８は閉じている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動し、第１のポンプ９が作動する。
【００５２】
冷媒循環回路１１０において、冷媒は第２の減圧弁６を通過することによって低温低圧のガスになる。低温低圧のガスになった冷媒は、配管３４を介して熱交換器１ａに流入する。熱交換器１ａ内で、冷媒は送風機１ｂによって送られる大気からの熱を吸収する。大気熱を吸収した冷媒は、蒸発気化し、配管３１を介して圧縮機２に流入する。冷媒は、圧縮機２によって圧縮されることにより、高温高圧のガスになる。ここで、第１のバイパス弁７が開放されているので、高温高圧ガスになった冷媒は、配管３５および第１のバイパス弁７を通過し、配管３３を介して第２の放熱器５に流入する。第２の放熱器５によって冷媒の高温の熱が後述する第２の水回路１３０を循環する水または低温の湯に放出される。このとき、浴水または低温の湯が加熱される。その後、冷媒は、第２の減圧弁６に流入する。このサイクルが繰り返される。
【００５３】
一方、第２の水回路１３０では、浴槽１０の水または低温の湯が第１のポンプ９によって吸い出され、配管３７を介して第２の放熱器５に流入する。第２の放熱器５に流入した水または低温の湯が前述の高温高圧となった冷媒と熱交換して加熱される。この加熱された温水は、配管３８を介して浴槽１０に戻される。
【００５４】
なお、冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を用いて水道水Ｗを加熱すると同時に、冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０を用いて浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きすることもできる。
【００５５】
この場合、第１の減圧弁４は所定の絞り状態にあり、第２の減圧弁６も所定の絞りの状態にある。また、第１のバイパス弁７および第２のバイパス弁８は閉じている。さらに、混合弁１３の第１の入口は開き、第２の入口は閉じている。この状態で、送風機１ｂが回転し、圧縮機２が作動し、第１のポンプ９が作動する。水道水Ｗを加熱する方法および浴槽１０内の水または低温の湯を追い焚きする方法は前述と同様である。
【００５６】
図２は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の斜視図である。
図２に示すように、ケーシング１４０には、主として圧縮機２、第１の放熱器３、第２の放熱器５、第１のポンプ９、第２のポンプ１８およびタンク２０が内蔵され、ケーシング１５０には、主として吸熱器１が内蔵されている。上記のように、吸熱器１は熱交換器１ａおよび送風機１ｂからなる。なお、後述する第３の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２では、ケーシング１４０に破線で示すように、タンク２０が内蔵されている。
【００５７】
ケーシング１４０の高さＬ１は、例えば７５０ｍｍ、幅Ｗは、例えば６６０ｍｍ、奥行きＤ１は、例えば５４０ｍｍである。また、ケーシング１５０の高さＬ２は、例えば１２００ｍｍ、幅Ｗは、例えば６６０ｍｍ、奥行きＤ２は、例えば４４０ｍｍである。ヒートポンプ給湯装置１００全体の高さＬは、例えば１９５０ｍｍである。
【００５８】
図３は遠隔操作装置３００の一例を示す模式図である。
図３に示すように、遠隔操作装置３００は、電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追い焚きスイッチ３０３、液晶表示部３０４、メニュースイッチ３０５、上下スイッチ３０６、確定スイッチ３０７、予約スイッチ３０８、給湯優先スイッチ３０９およびおまかせスイッチ３１０を含む。
【００５９】
使用者により電源スイッチ３０１、ふろ自動スイッチ３０２、追い焚きスイッチ３０３、メニュースイッチ３０５、上下スイッチ３０６、確定スイッチ３０７、予約スイッチ３０８、給湯優先スイッチ３０９およびおまかせスイッチ３１０が押下操作される。それにより、遠隔操作装置３００は、後述するヒートポンプ給湯装置１００の制御部に所定の指令信号を送信する。制御部は、遠隔操作装置３００より送信される所定の指令信号を受信し、ヒートポンプ給湯装置１００の各構成要素を制御する。
【００６０】
使用者が電源スイッチ３０１を押下すると、後述の制御部が第２の流量センサ１４からの流量値を受信可能な待機状態に設定される。また、冷媒循環回路１１０の動作中に使用者が再度電源スイッチ３０１を押下すると、後述の終了前動作が行われた後、冷媒循環回路１１０の動作が停止される。ふろ自動スイッチ３０２を押下することにより図１の浴槽１０内に図示しない水回路により所定の温度の水が蓄えられる。追い焚きスイッチ３０３を押下することにより冷媒循環回路１１０および第２の水回路１３０が動作し、浴槽１０内の温水が追い焚きされる。
【００６１】
また、液晶表示部３０４には、温水の設定温度３０４ａ、設定湯量３０４ｂ、運転状態３０４ｃおよび現在時刻３０４ｄが表示される。
【００６２】
例えば、使用者は、メニュースイッチ３０５を押下することにより、温水の温度の設定、湯量の設定、運転状態の設定および現在時刻の設定の切り替えを行い、上下スイッチ３０６ａ，３０６ｂを押下することにより各設定を行い、確定スイッチ３０７を押下することにより設定内容を確定する。給湯優先スイッチ３０９を押下することにより給湯を優先させるか浴槽１０を優先させるかを切り替える。
【００６３】
例えば、給湯条件を設定する場合、まず給湯優先スイッチ３０９を押下する。温水の温度を設定する場合には、メニュースイッチ３０５により設定温度３０４ａを選択し、さらに上下スイッチ３０６ｂを押下することにより給湯時の設定温度が上昇し、上下スイッチ３０６ａを押下することにより給湯時の設定温度が下降する。ここで、上下スイッチ３０６ａを押下し続けることにより設定温度３０４ａが例えば３５℃以下に設定すると、設定温度３０４ａの代わりに「給湯切」が表示される。この場合、冷媒循環回路１１０の動作が停止され、給湯栓１６の蛇口から水道水Ｗが供給される。
【００６４】
また、湯量を設定する場合、メニュースイッチ３０５により設定湯量３０４ｂを選択し、さらに上下スイッチ３０６ｂを押下することにより湯量が多めに設定され、上下スイッチ３０６ａを押下することにより湯量が少なめに設定される。また、使用者は、予約スイッチ３０８を押下することにより、所定の時刻に所定の動作を行うよう設定することができる。
【００６５】
図４はヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化をフロン系冷媒と比較して示すモリエル線図である。
【００６６】
図４の縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピを示す。また、一点鎖線ＣはＣＯ２冷媒の状態変化を示し、Ｆはフロン系冷媒の状態変化を示す。Ｃ１はＣＯ２冷媒の飽和液線を示し、Ｃ２はＣＯ２冷媒の飽和蒸気曲線を示し、Ｆ１はフロン系冷媒の飽和液線を示し、Ｆ２はフロン系冷媒の飽和蒸気曲線を示す。ＰｃはＣＯ２冷媒の臨界点を示し、Ｐｆはフロン系冷媒の臨界点を示す。ＴｃはＣＯ２冷媒の等温線を示し、Ｔｆはフロン系冷媒の等温線を示す。
【００６７】
飽和液線Ｃ１，Ｆ１よりも低エンタルピ側では、冷媒は液体状態となり、飽和液線Ｃ１，Ｆ１よりも高エンタルピ側でかつ飽和蒸気線Ｃ２，Ｆ２より低エンタルピ側では、冷媒は液体と気体との二相状態となり、飽和蒸気線Ｃ２，Ｆ２よりも高エンタルピ側では、冷媒は気体状態となる。また、臨界点以上の圧力では、冷媒は超臨界状態となる。
【００６８】
図４の位置Ｓ１１，Ｓ２１は、吸熱器の出口および圧縮機の入口に相当し、位置Ｓ１２，Ｓ２２は圧縮機の出口および放熱器の入口の相当し、位置Ｓ１３，Ｓ２３は放熱器の出口および減圧弁の入口に相当し、位置Ｓ１４，Ｓ２４は減圧弁の出口および吸熱器の入口に相当する。
【００６９】
まず、ＣＯ２冷媒の状態変化について説明する。位置Ｓ１１のＣＯ２冷媒は、圧縮機によって高温高圧の超臨界のガス状態になり、位置Ｓ１２に移行する。この過程でＣＯ２冷媒の圧力およびエンタルピが増加する。次に、位置Ｓ１２のＣＯ２冷媒が放熱器を通過することにより熱が水に放出され、位置Ｓ１３に移行する。配管の圧力損失を無視すると、この過程でＣＯ２冷媒の圧力は変化せず、エンタルピが低下する。このとき、ＣＯ２冷媒の温度は低下する。さらに、位置Ｓ１３のＣＯ２冷媒が減圧弁を通過することにより低温低圧の液体およびガスの二相状態になり、位置Ｓ１４に移行する。この過程でＣＯ２冷媒の圧力は低下し、エンタルピは変化しない。その後、位置Ｓ１４のＣＯ２冷媒が吸熱器を通過することにより外気の熱を吸収しつつ低温低圧のガス状態になり、位置Ｓ１１に移行する。この過程で圧力は変化せず、エンタルピが増加する。
【００７０】
次に、フロン系冷媒の状態変化について説明する。位置Ｓ２１のフロン系冷媒は圧縮機によって高温高圧のガス状態になり、位置Ｓ２２に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力およびエンタルピが増加する。次に、位置Ｓ２２のフロン系冷媒が放熱器を通過することにより熱が水に放出され、位置Ｓ２３に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力は変化せず、エンタルピが低下する。このとき、フロン系冷媒の温度が低下する。それにより、フロン系冷媒は液化する。さらに、位置Ｓ２３のフロン系冷媒が減圧弁を通過することにより低温低圧の液体およびガスの二相状態になり、位置Ｓ２４に移行する。この過程でフロン系冷媒の圧力は低下し、エンタルピは変化しない。その後、位置Ｓ２４のフロン系冷媒が吸熱器を通過することにより外気の熱を吸収しつつ低温低圧のガス状態になり、位置Ｓ２１に移行する。この過程で圧力は変化せずエンタルピが増加する。
【００７１】
このように、ＣＯ２冷媒では、フロン系冷媒と比較すると、サイクル内での作動圧力が４〜５倍と高くなる一方で、低圧から高圧への圧縮比が小さく、圧縮機での圧縮効率が向上する。その結果、ヒートポンプの効率を示す成績係数ＣＯＰ（熱出力／駆動エネルギー入力）が大きくなる。また、低温下でも低圧が高いため、フロン系冷媒では対応が困難であった寒冷地などでも容易に作動することができる。
【００７２】
次に、放熱器におけるＣＯ２冷媒およびフロン系冷媒の加熱特性について説明する。図５は放熱器におけるフロン系冷媒およびＣＯ２冷媒の加熱特性を示す図である。また、図６は放熱器の構造を示す模式図である。
【００７３】
図５において、縦軸が温度を示し、横軸が放熱器の冷媒入口および水出口から冷媒出口および水入口までの位置を示す。
【００７４】
図６に示すように、第１の放熱器３には、曲折された冷媒用の蛇行配管５００が形成されている。その蛇行配管５００に沿って水用の蛇行配管５０１が形成されている。蛇行配管５０１は蛇行配管５００と接触するように設けられている。それにより、熱量の変換が効率よく行われる。
【００７５】
蛇行配管５００の一端には冷媒入口Ｃｉｎが設けられ、蛇行配管５００の他端には冷媒出口Ｃｏｕｔが設けられる。また、蛇行配管５０１の一端には水出口Ｗｏｕｔが設けられ、蛇行配管５０１の他端には水入口Ｗｉｎが設けられる。すなわち、冷媒入口Ｃｉｎと水出口Ｗｏｕｔとが蛇行配管５００，５０１の同じ一端に設けられ、冷媒出口Ｃｏｕｔと水入口Ｗｉｎとが蛇行配管５００，５０１の同じ他端に設けられる。
【００７６】
それにより、図５（ｂ）に示す一定の比例関係を有する温度変化が第１の放熱器３内でも維持され、冷媒から水への熱の供給が効率よく行われる。
【００７７】
図５（ａ）はフロン系冷媒の温度変化Ａ１および水の温度変化Ｂ１を示し、図５（ｂ）はＣＯ２冷媒の温度変化Ａ２および水の温度変化Ｂ２を示す。
【００７８】
図５（ａ）に示すように、冷媒入口Ｃｉｎから流入したフロン系冷媒が水に熱量を供給することにより、フロン系冷媒の温度が直線的に低下する。しかし、その後、フロン系冷媒が凝縮域に入り、ガス状態から液体状態に変遷する。その際に、潜熱が必要となり、フロン系冷媒の熱量が潜熱として消費される。そのため、フロン系冷媒の温度が、矢印Ａ１１で示すように、変化せず、フロン系冷媒から水に効率良く熱が供給されない。したがって、水入口Ｗｉｎから流入した水の温度は、矢印Ｂ１１で示すように緩やかに上昇することになる。
【００７９】
一方、図５（ｂ）に示すように、冷媒入口Ｃｉｎから流入したＣＯ２冷媒が水に熱量を供給することにより、ＣＯ２冷媒の温度が直線的に低下する。この場合、ＣＯ２冷媒は、超臨界域にあるため、潜熱が必要とならない。そのため、ＣＯ２冷媒が冷媒出口Ｃｏｕｔから排出されるまで、ＣＯ２冷媒の温度は、矢印Ａ２１で示すように、直線的に低下し続ける。それにより、水入口Ｗｉｎから流入した水にＣＯ２冷媒から効率的に熱量が供給され、水の温度は、矢印Ｂ２１で示すように、直線的に上昇し続け、水出口Ｗｏｕｔから排出される。
【００８０】
上記の温度特性により、フロン系冷媒を用いた場合には、常温の水を出湯温度Ｐ１（＝６５℃）までしか上昇させることができないが、ＣＯ２冷媒を用いることにより、常温の水を出湯温度Ｐ２（＝９０℃）まで上昇させることができる。
【００８１】
図７は図１のヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。
【００８２】
図７に示すように、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号を受け取る。
【００８３】
制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、送風機１ｂの回転数、第１の減圧弁４の開度、第１のバイパス弁７の開閉、圧縮機２の回転数、第２のバイパス弁８の開閉、第２の減圧弁６の開度、第１のポンプ９の回転数および混合弁１３の切り替えを制御する。
【００８４】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の停止時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【００８５】
図８は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の終了前動作の第１の例を示すフローチャートである。
【００８６】
図８に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ１）。
【００８７】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ２）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ３）。圧縮機２の停止処理については後述する。
【００８８】
次に、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ４）。さらに、制御部４０は、第１の減圧弁４の全開処理を行う（ステップＳ５）。これにより、終了前動作が終了する。
【００８９】
ステップＳ２において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１または、追い焚きスイッチ３０３がオフされたか否かを判別する（ステップＳ６）。
【００９０】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ３）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ４）および第１の減圧弁４の全開処理（ステップＳ５）を行う。なお、第１の減圧弁４の開度はステッピングモータにより制御される。
【００９１】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ１に戻り上記の処理を繰り返す。
【００９２】
ここで、圧縮機２の停止処理について説明する。図９は制御部４０による圧縮機２の停止処理における圧縮機２の回転数の変化を示す模式図であり、（ａ）は停止処理の第１の例を示し、（ｂ）は停止処理の第２の例を示す。
【００９３】
図９（ａ）および図９（ｂ）において、縦軸は圧縮機２の単位時間当りの回転数を示し、横軸は時間を示す。
【００９４】
図９（ａ）の例においては、制御部４０は、時点ｔ１で第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下になるかまたは遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされると、圧縮機２の単位時間当りの回転数を徐々に減少させ、所定時間経過後に圧縮機２を停止させる。例えば、圧縮機２の回転数を１秒間に０．５〜１Ｈｚずつ低下させ、圧縮機２の回転数が最低回転数（例えば３０Ｈｚ）になった時点で停止させる。
【００９５】
また、図９（ｂ）の例においては、制御部４０は、時点ｔ２で第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下になるかまたは遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされると、圧縮機２の回転数を低下させ、圧縮機２を一定回転数で所定時間回転させた後、時点ｔ３で停止させる。例えば圧縮機２の回転数を５０〜６０Ｈｚに低下させ、その回転数で所定時間回転させた後、停止させる。
【００９６】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【００９７】
なお、配管４５を流れる温水の流量が少ない場合、入水温度が高い場合等のように、給湯負荷が小さい場合には、圧縮機２の回転数が低い状態（例えば３０Ｈｚ〜４０Ｈｚ）になっているので、圧縮機２を即座に停止させてもよい。それにより、使用者が給湯栓１６を閉じた後に第１の放熱器３により水が加熱されて使用者が再度給湯栓１６を開いたときに蛇口から高温の湯が吐出することが防止される。
【００９８】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【００９９】
さらに、上記の第１の減圧弁４の全開処理により、即座に冷媒循環回路１１０内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時に圧力差による圧縮機２の負担を軽減することができる。
【０１００】
なお、ステップＳ３の圧縮機２の停止処理、ステップＳ４の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ５の第１の減圧弁４の全開処理のうちいずれか１つまたは２つを行ってもよい。なお、ステップＳ５の第１の減圧弁４の全開処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。ただし、冬季に外気温度を検知して意図的に除霜運転を停止時に行う場合には、圧縮機２が動作している状態で第１の減圧弁４を開いてもよい。
【０１０１】
図１０は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００における制御部４０の終了前動作の第２の例を示すフローチャートである。
【０１０２】
図１０に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ７）。
【０１０３】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ８）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ９）。圧縮機２の停止処理は、第１の例と同様である。
【０１０４】
次に、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ１０）。さらに、制御部４０は、第１の放熱器３のバイパス処理を行う（ステップＳ１１）。この第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。その後、終了前動作が終了する。
【０１０５】
ステップＳ８において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ１２）。
【０１０６】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ９）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ１０）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ１１）を行う。
【０１０７】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ７に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１０８】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１０９】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１１０】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が配管３６および第２のバイパス弁８を介して熱交換器１ａに送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器１ａに付着することを防止し、熱交換器１ａに付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器１ａの吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【０１１１】
なお、ステップＳ９の圧縮機２の停止処理、ステップＳ１０の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ１１の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つまたは２つを行ってもよい。ただし、ステップＳ１１の第１の放熱器３のバイパス処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。
【０１１２】
また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３操作に基づいて制御される。
【０１１３】
なお、本実施例においては、使用者が給湯栓１６を開いたか否かを判定するために、第２の流量センサ１４により配管４５内を流れる水量を検知することとしたが、これに限定されず、第１の流量センサ１２により配管４２内を流れる水量を検知することとしてもよい。または、使用者が給湯栓１６を開いたか否かを判定するために、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４の両方により配管４２，４５内を流れる水量を検知することとしてもよい。さらに、第１の流量センサを設けなくてもよい。また、流量センサの代わりに、流量スイッチ、圧力スイッチまたは温度センサなどにより配管４２，４５内の水の流量を検知してもほぼ同様の効果が得られる。
【０１１４】
（第２の実施例）
図１１は本発明の第２の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１０１の構成を示す模式図である。
【０１１５】
図１１に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１が第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、配管４６および第３のバイパス弁１７を備える点である。
【０１１６】
この場合、配管４６は、配管４４から分岐するように設けられている。第３のバイパス弁１７は配管４６に介挿されている。
【０１１７】
図１２は図１１のヒートポンプ給湯装置１０１の制御系の構成を示すブロック図である。
【０１１８】
図１２に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１の制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第３のバイパス弁１７を制御する点である。
【０１１９】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、第３のバイパス弁１７の開閉を制御する。
【０１２０】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１の停止時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【０１２１】
図１３は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１における制御部４０の終了前動作の第１の例を示すフローチャートである。
【０１２２】
図１３に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ１３）。
【０１２３】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ１５）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１２４】
次に、制御部４０は、温水排出処理を行う（ステップＳ１６）。この温水排出処理においては、第３のバイパス弁１７が開放され、混合弁１３の第１の入口および混合弁１３の第２の入口が閉じられる。この場合、温水は配管４４、第３のバイパス弁１７および配管４６を介して排出される。
【０１２５】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ１７）。最後に、制御部４０は、第１の減圧弁４の全開処理を行う（ステップＳ１８）。これにより、終了前動作が終了する。
【０１２６】
ステップＳ１４において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ１９）。
【０１２７】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ１５）、温水排出処理（ステップＳ１６）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ１７）および第１の減圧弁４の全開処理（ステップＳ１８）を行う。
【０１２８】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ１３に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１２９】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１３０】
また、上記の温水排出処理により、ヒートポンプ給湯装置１００の停止時に第１の放熱器３によって加熱された温水が排出される。それにより、第１の放熱器３が冷却されるとともに、使用者が再度給湯栓１６を開いた場合に、給湯後における第１の放熱器３内部の熱容量によって加熱された高温の湯が蛇口から吐出することを防止することができる。
【０１３１】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１３２】
さらに、上記の第１の減圧弁４の全開処理により、即座に冷媒循環回路１１０内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時に圧力差による圧縮機２の負担を軽減することができる。
【０１３３】
なお、ステップＳ１５の圧縮機２の停止処理、ステップＳ１６の温水排出処理、ステップＳ１７の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ１８の第１の減圧弁４の全開処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。なお、ステップＳ１８の第１の減圧弁４の全開処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。ただし、冬季に外気温度を検知して意図的に除霜運転を停止時に行う場合には、圧縮機２が動作している状態で第１の減圧弁４を開いてもよい。
【０１３４】
図１４は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０１における制御部４０の終了前動作の第２の例を示すフローチャートである。
【０１３５】
図１４に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ２０）。
【０１３６】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ２２）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１３７】
次に、制御部４０は、温水排出処理を行う（ステップＳ２３）。この温水排出処理においては、第３のバイパス弁１７が開放され、混合弁１３の第１の入口および混合弁１３の第２の入口が閉じられる。この場合、温水は配管４４、第３のバイパス弁１７および配管４６を介して排出される。
【０１３８】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ２４）。最後に、制御部４０は、第１の放熱器３のバイパス処理を行う（ステップＳ２５）。この第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。その後、終了前動作が終了する。
【０１３９】
ステップＳ２１において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ２６）。
【０１４０】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、圧縮機２の停止処理（ステップＳ２２）、温水排出処理（ステップＳ２３）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ１０）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ１１）を行う。
【０１４１】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ２０に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１４２】
本例では、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１４３】
また、上記の温水排出処理により、ヒートポンプ給湯装置１００の停止時に第１の放熱器３によって加熱された温水が排出される。それにより、第１の放熱器３が冷却されるとともに、使用者が再度給湯栓１６を開いた場合に、給湯後における第１の放熱器３内部の熱容量によって加熱された高温の湯が蛇口から吐出することを防止することができる。
【０１４４】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１４５】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が配管３６および第２のバイパス弁８を介して熱交換器１ａに送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器１ａに付着することを防止し、熱交換器１ａに付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器１ａの吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【０１４６】
なお、ステップＳ２２の圧縮機２の停止処理、ステップＳ２３の温水排出処理、ステップＳ２４の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ２５の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。ただし、ステップＳ２５の第１の放熱器３のバイパス処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。
【０１４７】
また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３操作に基づいて制御される。
【０１４８】
（第３の実施例）
図１５は本発明の第３の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置１０２の構成を示す模式図である。
【０１４９】
図１５に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２が第１の実施例に係る図１のヒートポンプ給湯装置１００と異なる点は、第２のポンプ１８、逆止弁１９、タンク２０、第４のバイパス弁２１、第５のバイパス弁２２および配管４７〜５１を備える点である。
【０１５０】
この場合、配管４１は配管４７および配管４８に分岐している。配管４７はタンク２０の水入口に接続されている。配管４８は配管４５に接続され、配管４８には第５のバイパス弁２２が介挿されている。また、配管５０の一端はタンク２０の水出口に接続されており、配管５０の他端は第１の放熱器３の水入口に接続されている。配管５０には第２のポンプ１８および第１の流量センサ１２が介挿され、第２のポンプ１８に並列に逆止弁１９が接続されている。また、配管５１は配管４４から分岐し、タンク２０の湯入口に接続されている。配管５１には第４のバイパス弁２１が介挿されている。タンク２０の湯出口は、配管４９を介して混合弁１３の第２の入口に接続されている。
【０１５１】
通常の給湯時には、配管４１に流入した水道水Ｗが配管４７を通してタンク２０の水入口に供給され、タンク２０の水出口から排出される水が配管５０および逆止弁１９を通して第１の放熱器３に供給される。第１の放熱器３により加熱された温水が配管４４、混合弁１３および配管４５を通して給湯栓１６から排出される。
【０１５２】
本実施例においては、出湯温度センサ１５によって測定される配管４５を通過する温水の温度が過度に高い場合、第５のバイパス弁２２が開放され、配管４８を介して水道水Ｗが温水に足される。これにより、適温の温水が給湯栓１６の蛇口から排出される。
【０１５３】
図１６は図１５のヒートポンプ給湯装置１０２の制御系の構成を示すブロック図である。
【０１５４】
図１６に示すように、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２の制御系の構成が第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置１００の制御系の構成と異なる点は、制御部４０が第２のポンプ１８、第４のバイパス弁２１および第５のバイパス弁２２を制御する点である。
【０１５５】
この場合、制御部４０は、第１の流量センサ１２により測定される流量値、第２の流量センサ１４により測定される流量値、出湯温度センサ１５により測定される温度値および遠隔操作装置３００から与えられる指令信号に基づいて、第２のポンプ１８の回転数、第４のバイパス弁２１の開閉および第５のバイパス弁２２の開閉を制御する。
【０１５６】
次に、本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２の停止時の動作について説明する。ここでは、第１の水回路１２０を用いる場合の動作を説明する。第２の水回路１３０を用いた場合の動作も同様である。
【０１５７】
図１７は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２における制御部４０の終了前動作の第１の例を示すフローチャートである。この場合、混合弁１３の第１の入口が開かれ、第２の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が閉じられ、第５のバイパス弁２２が閉じられている。
【０１５８】
図１７に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ２７）。
【０１５９】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ２８）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、蓄熱処理を行う（ステップＳ２９）。
【０１６０】
この蓄熱処理においては、混合弁１３の第１の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が開放され、第２のポンプ１８が動作する。それにより、第１の放熱器３により加熱された温水が第４のバイパス弁２１、配管５１、タンク２０、配管５０および第２のポンプ１８を経由して第１の放熱器３に戻る。このようにして、温水が第１の放熱器３およびタンク２０を循環することにより温水の熱がタンク２０内部に蓄えられる。
【０１６１】
次に、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ３０）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１６２】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ３１）。最後に、制御部４０は、第１の減圧弁４の全開処理を行う（ステップＳ３２）。これにより、終了前動作が終了する。
【０１６３】
ステップＳ２８において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ３３）。
【０１６４】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、蓄熱処理（ステップＳ２９）、圧縮機２の停止処理（ステップＳ３０）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ３１）および第１の減圧弁４の全開処理（ステップＳ３２）を行う。
【０１６５】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ２７に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１６６】
本例では、上記の蓄熱処理により、第１の放熱器３により加熱された温水の熱量がタンク２０に蓄えられるので、使用者が再度給湯栓１６を開いたときに蛇口から熱湯が吐出することが防止される。さらに、タンク２０に貯留された温水を使用することができる。この場合、制御部４０の制御により混合弁１３の第２の入口を開放することにより、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。それにより、無駄なエネルギーの消費が低減される。
【０１６７】
また、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１６８】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１６９】
さらに、上記の第１の減圧弁４の全開処理により、即座に冷媒循環回路１１０内の圧力を均一にすることができる。それにより、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時に圧力差による圧縮機２の負担を軽減することができる。
【０１７０】
なお、ステップＳ２９の蓄熱処理、ステップＳ３０の圧縮機２の停止処理、ステップＳ３１の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ３２の第１の減圧弁４の全開処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。なお、ステップＳ２９の蓄熱処理は最初に行う必要があり、ステップＳ３２の第１の減圧弁４の全開処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。ただし、冬季に外気温度を検知して意図的に除霜運転を停止時に行う場合には、圧縮機２が動作している状態で第１の減圧弁４を開いてもよい。
【０１７１】
図１８は本実施例に係るヒートポンプ給湯装置１０２における制御部４０の終了前動作の第２の例を示すフローチャートである。この場合、混合弁１３の第１の入口が開かれ、第２の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が閉じられ、第５のバイパス弁２２が閉じられている。
【０１７２】
図１８に示すように、制御部４０は、第２の流量センサ１４から配管４５を通過する温水の流量値を受け取る（ステップＳ３４）。
【０１７３】
次に、制御部４０は、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ３５）。第２の流量センサ１４からの流量値が所定値以下の場合、制御部４０は、蓄熱処理を行う（ステップＳ３６）。
【０１７４】
この蓄熱処理においては、混合弁１３の第１の入口が閉じられ、第４のバイパス弁２１が開放され、第２のポンプ１８が動作する。それにより、第１の放熱器３により加熱された温水が第４のバイパス弁２１、配管５１、タンク２０、配管５０および第２のポンプ１８を経由して第１の放熱器３に戻る。このようにして、温水が第１の放熱器３およびタンク２０を循環することにより温水の熱がタンク２０内部に蓄えられる。
【０１７５】
次に、制御部４０は、圧縮機２の停止処理を行う（ステップＳ３７）。圧縮機２の停止処理は、第１の実施例における圧縮機２の停止処理と同様である。
【０１７６】
さらに、制御部４０は、送風機１ｂの停止の処理を行う（ステップＳ３８）。最後に、制御部４０は、第１の放熱器３のバイパス処理を行う（ステップＳ３９）。これにより、終了前動作が終了する。
【０１７７】
上記の第１の放熱器３のバイパス処理においては、第２のバイパス弁８が開放され、第１のバイパス弁７および第１の減圧弁４が閉じられる。これにより、冷媒は第１の放熱器３を迂回する。
【０１７８】
ステップＳ３５において、第２の流量センサ１４からの流量値が所定値を超えている場合、制御部４０は、遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされたか否かを判別する（ステップＳ４０）。
【０１７９】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされた場合、制御部４０は、蓄熱処理（ステップＳ３６）、圧縮機２の停止処理（ステップＳ３７）、送風機１ｂの停止処理（ステップＳ３８）および第１の放熱器３のバイパス処理（ステップＳ３９）を行う。
【０１８０】
遠隔操作装置３００の電源スイッチ３０１がオフされていない場合、ステップＳ３４に戻り上記の処理を繰り返す。
【０１８１】
本例では、上記の蓄熱処理により、第１の放熱器３により加熱された温水の熱量がタンク２０に蓄えられるので、使用者が再度給湯栓１６を開いたときに蛇口から熱湯が吐出することが防止される。さらに、タンク２０に貯留された温水を使用することができる。この場合、制御部４０の制御により混合弁１３の第２の入口を開放することにより、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。それにより、無駄なエネルギーの消費が低減される。
【０１８２】
また、上記の圧縮機２の停止処理により、冷媒循環回路１１０内の潤滑油を圧縮機２に回収することができ、圧縮機２内の潤滑油が不足することを防止することができる。それにより、圧縮機２の安全性および信頼性を確保することができる。
【０１８３】
また、上記の送風機１ｂの停止処理により、熱交換器１ａによる大気からの吸熱量を低下させることができ、第１の放熱器３内部の過昇温を防止することができる。
【０１８４】
さらに、上記の第１の放熱器３のバイパス処理により、高温高圧ガス化した冷媒が配管３６および第２のバイパス弁８を介して熱交換器１ａに送られる。これにより、特に冬季において、霜が熱交換器１ａに付着することを防止し、熱交換器１ａに付着した霜を除去することができる。したがって、霜の付着による熱交換器１ａの吸熱能力の低下を防止することができ、ヒートポンプ給湯装置１００の再起動時における昇温速度を向上させることができる。
【０１８５】
なお、ステップＳ３６の蓄熱処理、ステップＳ３７の圧縮機２の停止処理、ステップＳ３８の送風機１ｂの停止処理およびステップＳ３９の第１の放熱器３のバイパス処理のうちいずれか１つ、２つまたは３つを行ってもよい。ただし、ステップＳ３６の蓄熱処理は最初に行う必要があり、ステップＳ３９の第１の放熱器３のバイパス処理は、圧縮機２の停止後に行う必要がある。
【０１８６】
なお、夜間等の不使用時に制御部４０の制御により冷媒循環回路１１０および第１の水回路１２０を動作させることによりタンク２０に温水を貯留してもよい。この場合、使用時に制御部４０の制御により混合弁１３の第２の入口を開放することにより、タンク２０内に貯留された温水を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出する。
【０１８７】
また、混合弁１３の第１および第２の入口を開放することにより、第１の放熱器３により加熱された温水およびタンク２０に貯留された温水の両方を配管４９および配管４５を介して給湯栓１６の蛇口から排出することができる。また、第１の水回路１２０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、上記のように、第２の流量センサ１４からの流量値に基づいて制御されるが、第２の水回路１３０および冷媒循環回路１１０の運転および停止は、遠隔操作装置３００の追い焚きスイッチ３０３操作に基づいて制御される。
【０１８８】
本実施例においては、第１の減圧弁４および第２の減圧弁６が減圧手段に相当し、第２のバイパス弁８が冷媒流路切り替え手段に相当し、第１の流量センサ１２および第２の流量センサ１４が判定手段および流量検知手段に相当し、混合弁１３が流路切り替え手段に相当し、第３のバイパス弁１７が水路切り替え手段に相当し、タンク２０が貯留手段に相当し、制御部４０が制御手段、判定手段および要否判定手段に相当し、電源スイッチ３０１が操作スイッチおよび判定手段に相当し、追い焚きスイッチ３０３が動作スイッチおよび判定手段に相当する。
【０１８９】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ給湯装置によれば、判定手段によって加熱が必要であると判定された場合に、制御手段によって冷媒循環回路の動作が開始される。それにより、水供給路により放熱器の水流路に導かれた水が放熱器によって加熱される。放熱器により加熱された水は水供給路により所定場所に導かれる。これにより、使用者に加熱された水を供給することができる。また、判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、冷媒循環回路の動作を停止させる前に、制御手段によって所定の終了前動作が実行される。このように、冷媒循環回路が急停止されずに終了前動作が実行された後に停止されるので、冷媒循環回路の急停止によるヒートポンプ給湯装置の過昇温状態や動作不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図２】本実施例に係るヒートポンプ給湯装置の斜視図
【図３】遠隔操作装置の一例を示す模式図
【図４】ヒートポンプにおけるＣＯ２冷媒の状態変化をフロン系冷媒と比較して示すモリエル線図
【図５】放熱器におけるフロン系冷媒およびＣＯ２冷媒の加熱特性を示す図
【図６】放熱器の構造を示す模式図
【図７】図１のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第１の例を示すフローチャート
【図９】制御部による停止処理における圧縮機の回転数の変化を示す模式図
【図１０】本発明の第１の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第２の例を示すフローチャート
【図１１】本発明の第２の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１２】図１１のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第１の例を示すフローチャート
【図１４】本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第２の例を示すフローチャート
【図１５】本発明の第３の実施例に係る瞬間加熱式のヒートポンプ給湯装置の構成を示す模式図
【図１６】図１５のヒートポンプ給湯装置の制御部の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の第３の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第１の例を示すフローチャート
【図１８】本発明の第３の実施例に係るヒートポンプ給湯装置における制御部の終了前動作の第２の例を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 吸熱器
１ａ 熱交換器
１ｂ 送風機
２ 圧縮機
３ 第１の放熱器
４ 第１の減圧弁
５ 第２の放熱器
６ 第２の減圧弁
８ 第２のバイパス弁
１２ 第１の流量センサ
１３ 混合弁
１４ 第２の流量センサ
１７ 第３のバイパス弁
２０ タンク
５０ 制御部
１００，１０１，１０２ ヒートポンプ給湯装置
１１０ 冷媒循環回路
１２０ 第１の水回路
１３０ 第２の水回路
３００ 遠隔操作装置
３０１ 電源スイッチ
３０３ 追い焚きスイッチ
Ｗ 水道水
Claims (14)
- 冷媒流路および水流路を有する放熱器、減圧手段、吸熱器および圧縮機を有し、冷媒を前記放熱器の冷媒流路、前記減圧手段、前記吸熱器および前記圧縮機を循環させる冷媒循環回路と、
前記放熱器の前記水流路を介して水を所定場所に導く水供給路と、
加熱の要否を判定する判定手段と、
前記判定手段により加熱が必要であると判定された場合に、前記冷媒循環回路の動作を開始させ、前記判定手段により加熱が不要であると判定された場合に、前記冷媒循環回路の動作を停止させる前に、所定の終了前動作を実行する制御手段を備えたヒートポンプ給湯装置。 - 前記判定手段は、
前記水供給路における水の流量を検知する流量検知手段と、
前記流量検知手段により検知された流量に基づいて加熱の要否を判定する要否判定手段とを含む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。 - 使用者が温水供給の要否を入力可能な操作スイッチをさらに備え、
前記制御手段は、前記冷媒循環回路の動作中に前記操作スイッチによって温水供給不要が入力された場合に、前記冷媒循環回路の動作を停止させる前に、前記所定の終了前動作を実行することを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記判定手段は、
前記冷媒循環回路の動作の終了を指令するための動作スイッチと、
前記動作スイッチの操作に基づいて加熱の要否を判定する要否判定手段とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記終了前動作は、前記圧縮機の回転数を減少させる動作を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
- 前記終了前動作は、前記圧縮機の回転数を連続的に減少させて前記圧縮機を停止させる動作を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
- 前記終了前動作は、前記圧縮機の回転数を段階的に減少させて圧縮機を停止させる動作を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
- 前記放熱器により加熱された水を排出するための排水路と、
前記放熱器により加熱された水を前記水供給路または前記排水路に選択的に導くための水路切り替え手段とをさらに備え、
前記終了前動作は、前記放熱器により加熱された水が前記排水路から排出されるように前記水路切り替え手段を切り替える動作を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記吸熱器は、大気の熱を冷媒に与える熱交換器および前記熱交換器に大気を送る送風機を含み、
前記終了前動作は、前記送風機を停止させる動作を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記終了前動作は、前記減圧手段の減圧機能を解除する動作を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
- 前記冷媒循環回路は、前記放熱器を迂回する冷媒バイパス流路と、前記放熱器の冷媒流路または前記冷媒バイパス流路に冷媒を選択的に導く冷媒流路切り替え手段とをさらに有し、
前記終了前動作は、前記冷媒バイパス流路に冷媒が導かれるように前記冷媒流路切り替え手段を切り替える動作を含むことを特徴とする請求項１〜９いずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 熱量を蓄積する蓄熱手段をさらに備え、
前記終了前動作は、前記放熱器により加熱された水の熱量を前記蓄熱手段に導く動作を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記蓄熱手段は、前記放熱器により加熱された水を貯留する貯留手段を含み、
前記放熱器からの水および前記貯留手段に貯留された水の一方または両方を前記水供給路に導く流路切り替え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１２記載のヒートポンプ給湯装置。 - 前記冷媒は、二酸化炭素よりなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。
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