JPH01291052A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の凝縮
熱によって貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ
式給湯装置に関するものである。

（従来の技術） 上記のようなヒートポンプ式給湯装置の従来例としては
、例えば特開昭５９−２３１３５４号公報記載の装置を
挙げることができる。その装置は、貯湯タンク内の湯水
の加熱と共に、室内の冷暖空調運転を兼用する構成とな
されている。すなわち、室外熱交換器、室内熱交換器、
及び貯湯タンク内に配設された給湯用熱交換器を備え、
圧縮機からの吐出冷媒を室外熱交換器から室内熱交換器
へと回流させることによって冷房運転を、また室内熱交
換器から室外熱交換器へと回流させることによって暖房
運転を七れぞれ行う一方、給湯用熱交換器がら室外熱交
換器へと回流させることによって上記貯湯タンク内の湯
水を加熱する給湯加熱運転を行うようになされている。

ところで上記貯湯タンクとしては、例えば−日の湯の合
計使用量を見込んで、その量を貯溜し得る内容量のもの
が設置される。その構造としては、上部側から給湯する
と同時に底部側に給水して貯湯タンク内の湯水の全体量
を一定に維持する置換形のものが近年子々採用されてい
る。つまり貯湯タンク内全体の湯水を設定温度まで沸上
げた後には、上部側からの給湯量と同量の水が底部側に
補充され、またこの貯湯タンク内では重力作用方向と同
方向の高低温度差状態であるために対流を殆ど生じず、
上部側の湯と底部側の水とがそれぞれ分離した状態で貯
溜される。そして上記貯湯タンク内の底部側に上記給湯
用熱交換器が配設されると共に、この底部側の湯水温度
を検出する温度センサが設けられ、湯の使用と同時に底
部側に補充される水によって上記温度センサでの検出温
度が設定温度よりも低くなる毎に、給湯加熱運転が自動
的に開始され、上記補充水が設定温度まで加熱された時
、したがって貯湯タンク内全体が設定温度以上となった
時に、この給湯加熱運転を自動的に停止するようになさ
れている。

（発明が解決しようとする課題） ところで−日における一般的な湯の使用パターンは、夕
刻の風呂への給湯時に多量の使用がなされるものであり
、したがってこのときに上記貯湯タンクに補充される多
量の水を設定温度まで加熱するためには、長時間に渡る
給湯加熱運転が必要となる。この結果、深夜に至るまで
給湯加熱運転が継続されるために、圧縮機及び室外ファ
ンの作動に起因する騒音が、居住者、特に就寝直後の居
住者に著しい不快感を及ぼすという問題を生じている。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、深夜等の特定時間帯において生じる不快感を低減す
ることによって使用快適性を向上し得るヒートポンプ式
給湯装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで第１図に示すように、この発明の第１請求項記載
のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機ｌに熱源側熱交換
器１０と、貯湯タンク３１内の湯水を加熱するための給
湯用熱交換器２３とを接続すると共に、上記貯湯タンク
３１内の湯水の温度を検出する湯温検出手段３７を配設
し、また上記検出温度を設定温度に近づけるべく運転を
制御する運転制御手段４１を設けて成るヒートポンプ式
給湯装置であって、深夜等の特定時間帯であることを把
握する時間帯把握手段５ｏと、外気温度状態を検出する
外気温検出手段３８と、検出外気温が基準温度よりも高
いときに、上記特定時間帯における運転を停止する特定
時間帯運転停止手段５２とを設けている。

また第２請求項記載のヒートポンプ式給湯装置は、上記
第１請求項記載の装置において、規制運転設定スイッチ
５１を設け、このスイッチ５１で規制運転が設定されて
いるときに上記時間帯把握手段５０で把握される特定時
間帯における運転を停止する特定時間帯運転強制停止手
段５３をさらに設けている。

（作用） 上記第１請求項記載のヒートポンプ式給湯装置において
は、まず外気温検出手段３８での検出外気温を基準温度
と比較し、その結果、例えば夏場等のように高外気温の
時期であることが判別される場合に、深夜等の特定時間
帯において自動的に運転停止状態となるように制御され
る。つまり夏場等のように外気温の高い時期には一日の
湯の使用量は少なくなり、したがってこのような時期に
は終日を給湯加熱運転可能な状態として確保する必要は
なく、深夜以外に運転時間を制限したとしても一日の湯
の使用量を賄うことが可能である。

そこで上記のように例えば午後１０時〜午前６時の間の
特定時間帯を運転停止状態とすることによって、湯切れ
を生じさせず、したがって給湯装置としての機能を損な
うことなく、深夜における騒音が低減されるので、従来
は生じていた不快感が軽減され、使用快適性を向上する
ことが可能となる。

また上記第２請求項記載のヒートポンプ式給湯装置にお
いては、規制運転設定スイッチ５１で規制運転を設定し
たときに、季節に関係なく特定時間帯には運転停止状態
に維持されるようになされており、利用者の選択によっ
て深夜における騒音の発生を常時防止し得るので、使用
快適性をさらに向上することが可能である。なおこの場
合に、上記のスイッチ５１に基づいて停止される特定時
間帯を、例えば午後１０時〜午前２時の間の寝入り時刻
前後の時間帯とし、以後は給湯加熱運転可能とすること
によって、就寝者に対する影響を極力抑えると共に、冬
場に必要な給湯加熱運転時間をできるだけ確保すること
が可能となる。

（実施例） 次にこの発明のヒー・トボンプ式給湯装置の具体的な実
施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図には、給湯加熱機能と共に、室内の空調機能
をも有するこの発明の一実施例におけるヒートポンプシ
ステムの冷媒回路図を示している。

図において、Ｘは室外ユニットであり、この室外ユニッ
トＸには４台の室内ユニットＡ−Ｄと、給湯ユニットＹ
とが接続されている。

上記室外ユニットＸは圧縮機１を有しており、この圧縮
機１の吐出配管２と吸込配管３とはそれぞれ四路切換弁
４に接続されている。なお上記圧縮機１は、その回転速
度、つまり圧縮能力を制御するためのインバータ５を有
するものであり、また上記吐出配管２には第１電磁弁６
が、上記吸込配管３にはアキュームレータ７がそれぞれ
介設されている。上記四路切換弁４には第１ガス管８と
第２ガス管９とが接続されているが、上記第１ガス管８
は室外熱交換器（熱源側熱交換器）１０に接続され、ま
た上記第２ガス管９はヘッダー１１に接続されると共に
、その途中に第１ガス閉鎖弁１２が介設されている。上
記室外熱交換器１０には室外ファン３０が付設されると
共にさらに液管１３が接続されており、この液管１３に
は、上記室外熱交換器１０側から順次ドライヤフィルタ
１４、第１電動膨張弁１５、受液器１６、第１液閉鎖弁
１７が介設されている。そして上記液管１３の先端と上
記ヘッダー１１との間に、複数（図の場合には４本）の
分岐冷媒配管１８・・１８が互いに並列に接続され、こ
れらの分岐冷媒配管１日・・１８にそれぞれ室内熱交換
器１９・・１９（１台のみ図示する）と、第２電動膨張
弁２０・・２０とが介設されている。なお各室内ユニッ
トＡ〜Ｄは１台の室内ユニットＡについてのみ図示して
いるが、それぞれ上記室内熱交換器１９と室内ファン２
１とによって構成されている。

さらに、上記圧縮機ｌの吐出配管２には給湯用ガス管２
２が、また上記液管１３に介設されている受液器１６に
給湯用液管２４がそれぞれ接続され、これらの給湯用ガ
ス管２２と給湯用液管２４との間に、給湯用熱交換器２
３が接続されている。

この給湯用熱交換器２３での凝縮冷媒の凝縮熱によって
上記貯湯タンク３１内の湯水の加熱を行うようになされ
ているが、その詳細については後で説明する。なお上記
給湯用ガス管２２には第２電磁弁２５、第２ガス閉鎖弁
２８が、また給湯用液管２４にはキャピラリチューブ２
６、逆止弁２７、第２液閉鎖弁２９がそれぞれ順次介設
されている。

上記構成のヒートポンプシステムにおける暖房空調運転
時の冷媒循環制御について次に説明する。

この運転は、第１電磁弁６を開、第２電磁弁２５を閉と
し、圧縮機１からの吐出冷媒を四路切換弁４、第２ガス
管９を経由して各室内熱交換器１９で凝縮させ、次いで
液管１３を経由して室外熱交換器１０内で蒸発させ、そ
の後、第１ガス管８、四路切換弁４から圧縮機１へと返
流させることによって行う。この場合、蒸発冷媒の過熱
度制御を第１電動膨張弁１５にて行い、第２電動膨張弁
２０・・２０で、各室内熱交換器１９・・１９への冷媒
分配量の制御を行う。

一方、冷房運転は、四路切換弁４を上記から切換えて圧
縮機１からの吐出冷媒を室外熱交換器１０から各室内熱
交換器１９へと回流させることによって行う。このとき
、第１を動膨張弁１５は全開にし、各第２電動膨張弁２
０・・２０で冷媒の過熱度を制御する。

次に給湯加熱運転は、第１電磁弁６を閉、第２電磁弁２
５を開にして圧縮機１を運転する。そうすると冷媒は給
湯用ガス管２２を経由して給湯用熱交換器２３内で凝縮
し、次いで給湯用液管２４１、液管１３を経由して室外
熱交換器１０内にて蒸発し、その後、第１ガス管８、四
路切換弁４を経て圧縮機１に返流される流れとなる。こ
の場合各第２電動膨張弁２０・・２０は全閉にし、第１
電動膨張弁１５にて蒸発冷媒の過熱度の制御を行う。

なお暖房と給湯加熱との同時運転は、第１、第２電磁弁
６．２５を共に開とし、室内熱交換器１９と給湯用熱交
換器２３との両者で冷媒を凝縮させ、室外熱交換器１０
にて蒸発させる冷媒循環によって行うことが可能である
。

また上記においては、冷房と給湯加熱との同時運転、つ
まり冷房排熱で貯湯タンク３１内の湯水を加熱する運転
を、第１電磁弁６を閉、第２電磁弁２５を開、第１電動
膨張弁１５を全閉にして行う。そうすると冷媒は、給湯
用ガス管２２を経由して給湯用熱交換器２３内で凝縮し
、給湯用液管２４、受液器１６、液管１３を経て各室内
熱交換器１９・・１９内で蒸発し、その後、第２ガス管
９、四路切換弁４を経由して圧縮機１に返流される。こ
の場合、各第２電動膨張弁２０・・２０において蒸発冷
媒の過熱度制御を行う。

上記の各運転は、室内温度や貯湯タンク３１内の湯温を
それぞれ検出しながら、それらの検出温度がそれぞれ設
定温度に近づくような制御構成となされているものであ
るが、以下には上記給湯加熱運転を中心とした運転の制
御について、さらに詳細に説明する。

初めに、第２図に示した給湯ユニットＹの構成について
説明すると、上記貯湯タンク３１は円筒状密閉形のタン
クによって構成されており、その内容量は、例えば冬場
の一日の湯の合計使用量を貯溜し得る容量（例えば３０
０２程度）となされている。この貯湯タンク３１の上端
部側の給湯口には給湯配管３２が、また底部側の給水口
には給水配管３３がそれぞれ接続されている。上記給湯
配管３２の先端側のカラン（図示せず）が開弁される場
合には、上記給水配管３３を通して作用する水道水の圧
力によって、貯湯タンク３１内の湯が上部側から押し上
げ式に給湯口を通して給湯配管３２へと出湯されると共
に、その出湯量と同量の水が上記給水配管３３を通して
貯湯タンク３１内の底部側に補充される。そして上記給
湯用熱交換器２３は貯湯タンク３１の底部側に配設され
ており、また貯湯タンク３１の外周壁面における底部側
の位置に、例えばサーミスタ等によって構成される湯温
センサ（湯温検出手段）３７が取着されて、おり、上記
貯湯タンク３１内における底部側領域の湯水の温度を検
出するようになされている。

さらに上記においては、外気温度状態を検出する外気温
検出手段として、サーミスタより成る給水水温センサ３
８が給水配管３３に取着され、この給水配管３３を通し
て貯湯タンク３１内へと補充される水の温度を検出する
ようになされている。

なおこの場合上記給水水温センサ３８で検出される水温
の中で、−日における最低検出水温を各日毎の検出温度
とし、これを後述する基準温度と比較する構成としてい
る。つまり貯湯タンク３１への給水は間欠的に行われる
給湯と同時に生じるものであって、このとき以外は給水
配管３３内の水は滞留している。この滞留状態において
は、高温湯を貯溜している貯湯タンク３１からの熱放散
等の影響を受けて上記滞留水は温度上昇を生ずる。

そこで−日の最低水温をさらに検出することによって給
水中の水温を検出することができ、これにより外気温状
態の変化、すなわち季節の変化を判別することとしてい
る。

第３図には上記ヒートポンプシステムの運転制御系統を
示している。図のように、室外ユニットＸに室外制御装
置（運転制御手段）４１を、また各室内ユニットＡ−Ｄ
にそれぞれ室内制御装置４２（室内ユニットＡについて
のみ図示する）を、そして給湯ユニッ＋−ｙに給湯制御
装置４３をそれぞれ備えており、上記室内制御装置４２
には、運転操作用リモコン４４と室温を検出する室温セ
ンサ４５とがそれぞれ接続されている。上記運転操作用
リモコン４４は冷暖切換スイッチと、運転スインチと、
空調希望温度を設定するための温度設定スイッチとを有
しており、上記運転スイッチがＯＮであり、かつ室温セ
ンサ４５での検出温度が設定温度に達していないときに
、上記冷暖切換スイッチでの切換位置に応じて冷房又は
暖房の空調運転要求信号が各室内制御Ｉ装置４２から室
外制御装置４１に対して出力され、またこのとき同時に
設定温度と検出温度との温度差信号が出力される。

上記空調運転要求信号、また後述する給湯制御装置４３
で発生される給湯加熱運転要求信号が上記室外制御装置
４１に人力されると、この室外制御装置４１では、前記
した各運転モードの中から運転すべき運転モードを特定
し、その運転での冷媒循環径路とするための各弁の切換
制御を行うと共に、上記温度差信号によって得られる空
調負荷及び給湯負荷に応じた能力に前記インバータ５で
の周波数、つまり圧縮機１の圧縮能力を制御するための
指令信号を発生してこれをインバータ制御装置４６に入
力し、これにより上記特定された運転モードでの運転が
行われる。

一方、給湯ユニッートＹの上記給湯ｒｆｉＪ御装置４３
には、前記湯温センサ３７と給水水温センサ３８とが接
続されると共に、さらに台所等に配置されるリモコンボ
ックス４７が接続されている。このリモコンボックス４
７は、給湯加熱運転スイッチ４８と、湯温設定部４９と
、時計機能部５ｏと、規制運転設定スイッチ５１とを有
するものである。

上記時計機能部５ｏは時間帯把握手段となるものであっ
て、この時計機能部５ｏでの計時時刻が、予め定めてい
る特定の時間帯、例えば深夜（午後１０時〜午前２時、
又は午後１０時〜午前６時）である場合に、深夜時間帯
である旨の特定時間帯信号を給湯制御装置４３に出方す
る。なお上記規制運転設定スイッチ５１の機能について
は後で説明する。

そして上記給湯制御装置４３内には、運転条件第１判別
部（特定時間帯運転停止手段）５２と運転条件第２判別
部（特定時間帯運転強制停止手段）５３と信号出力部５
４とが設けられている。

上記運転条件第１判別部５２では、上記特定時間帯信号
があるときに、さらに上記給水水温センサ３８での検出
水温を、例えば１５°Ｃとして予め定められている基準
温度と比較し、夏場のように検出水温が上記基準温度よ
りも高い場合に、第１停止信号を上記信号出力部５４に
出力する。一方、上記運転条件第２判別部５３では、上
記時計機能部５０からの特定時間帯信号があり、さらに
上記規制運転設定スイッチ５１が規制運転側に設定され
ているときに、第２停止信号を上記信号出力部５４に出
力する。そしてこれらの第１及び第２停止信号のいずれ
もがなく、かつ上記給湯加熱運転スイッチ４８がＯＮで
あることを前提に、上記信号出力部５４において、上記
湯温センサ３７での検出湯温が上記湯温設定部４９での
設定温度よりも低い場合に給湯加熱運転要求信号が発生
され、これが上記室外制御装置４１に出方される。この
給湯加熱運転要求信号に応じて、前記したように、上記
室外制御装置４１によって給湯加熱運転が行われるよう
になされているのである。

上記各室内ユニット側の運転スイッチは、利用者が空調
運転を欲する毎に操作され、運転停止操作も、例えば就
寝後にはタイマによってＯＦＦ操作され、深夜において
は運転停止状態となされるのが一般的である。一方、給
湯ユニットＹのリモコンボックス４７における給湯加熱
運転スイッチ４８は一旦ＯＮ操作された後には、昼夜を
問わず自動運転状態に維持されるのが普通であり、この
結果、深夜以外の場合には、貯湯タンク３１内の湯の使
用がなされ、この貯湯タンク３１における給水口側に新
たに水が補充されて前記湯温センサ３７での検出温度が
設定温度よりも低くなる毎に、給湯加熱要求信号が発生
され、上記補充水を設定温度まで加熱する運転が開始さ
れることとなる。

ところで、前記したように、夕刻の風呂への給湯時に補
充される多量の水を設定温度まで沸上げるのには、比較
的長い給湯加熱運転時間が必要となる。そして従来にお
いては、その際の給湯加熱運転が、上記のように空調運
転が停止された後の深夜にかかるような場合にもそのま
ま給湯単独運転として継続されていたために、その運転
音が夜間の騒音源となって居住者に不快感を及ぼすもの
となっていた。特に夏場においては寝室の窓を開けてい
る家も多く、これらの近隣に対する影響も大きなものと
なっていた。

そこで上記の実施例においては、深夜における給湯単独
運転を自動的に規制する機能を備えている。すなわち夏
場においては一日の湯の使用量は少なくなり、したがっ
て終日を給湯加熱運転可能な状態としておく必要はなく
、深夜以外の冷房との同時運転や冷房室におけるサーモ
ＯＦＦ時の給湯単独運転で、上記の湯の使用量を賄うこ
とが可能である。そこでこのような夏場において深夜等
の特定時間帯（例えば午後１０時〜午前６時）において
は、上記運転条件第１判別部５２から第１停止信号が出
力されることによって、そのときまでの給湯加熱運転で
貯湯タンク３１内全体の湯水の温度が設定温度に達して
いなくとも、その給湯加熱運転を中止し、上記特定時間
帯の間は運転停止状態に維持される。この結果、湯切れ
を生じるような給湯装置としての機能の低下を生じさせ
ることなく、夜間において発生する騒音が低減でき、そ
のため従来は生じていた騒音に起因する不快感を軽減す
ることが可能となる。

さらに上記実施例においては規制運転設定スイッチ５１
を設け、これによる設定によって、季節に関係なく深夜
等の特定時間帯において常時停止状態に維持するように
することも可能である。例えば室外ユニットＸを寝室近
くに設置したような場合に、上記規制運転設定スイッチ
５１で規制運転状態に設定することにより、就寝時にお
ける不快感を常時防止することが可能となる。なおこの
場合に時計機能部５０で上記運転条件第１判別部５２に
入力される午後１０時〜午前６時の間の特定時間帯信号
とは別に、例えば午後１０時〜午前２時の間の信号を発
生するように構成し、この時間帯で停止させることとし
て、停止期間を寝入り時刻前後の時間帯に制限し、運転
騒音の影響をより小さなものにすると共に、冬場におい
て午前２時以降の給湯加熱運転を可能として、給湯運転
時間を確保するようにすることも可能である。

以上、この発明の一実施例についての説明を行ったが、
上記実施例はこの発明を限定するものではなくこの発明
の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば上記実施例
においては外気温検出手段として給水水温センサ３８を
設けた例を挙げたが、外気温度を直接的に検出する構成
とすることも可能である。また給湯加熱運転を停止する
特定時間帯を複数設け、外気温状態に応じて例えば夏場
には午後１０時〜午前６時、中間期には午後１０時〜午
前４時、冬場には午後１０時〜午前２時の間それぞれ運
転を停止するような構成とすることも可能である。さら
に上記においては空調機能を兼用するヒートポンプシス
テムとして構成した例について説明したが、その他風呂
加熱機能等を有する装置やヒートポンプ式給湯専用装置
等においてもこの発明の適用が可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の第１請求項記載のヒートポンプ
式給湯装置においては、夏場等のように外気温が高く、
終日を給湯加熱運転可能な状態として確保する必要のな
い時期を判別して深夜等の特定時間帯では運転停止状態
に自動的に制御されるので、給湯装置としての機能を損
なうことなく、深夜における騒音の発生を低減し得、こ
れにより使用快適性の向上を図ることが可能となる。

また上記第２請求項記載のヒートポンプ式給湯装置にお
いては、深夜における騒音の発生をさらに確実に防止す
るために、規制運転設定スイッチで季節に関係なく特定
時間帯には常時運転停止状態とすることも可能となされ
ており、利用者の要求に応じた選択が可能であるので、
使用快適性をさらに向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図はこの発明
を適用すると共に空調機能も有する装置として構成した
ヒートポンプシステムの冷媒回路図、第３図は上記ヒー
トポンプシステムにおける制御系統ブロック図である。 ｌ・・・圧縮機、１０・・・室外熱交換器（熱源側熱交
換器）、２３・・・給湯用熱交換器、３１・・・貯湯タ
ンク、３７・・・湯温センサ（湯温検出手段）、３８・
・・給水水温センサ（外気温検出手段）、４１・・・室
外制御装置（運転制御手段）、５０・・・時計機能部（
時間帯把握手段）、５１・・・規制運転設定スイッチ、
５２・・・運転条件第１判別部（特定時間帯運転停止手
段）、５３・・・運転条件第２判別部（特定時間帯運転
強制停止手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１、圧縮機（１）に熱源側熱交換器（１０）と、貯湯
   タンク（３１）内の湯水を加熱するための給湯用熱交換
   器（２３）とを接続すると共に、上記貯湯タンク（３１
   ）内の湯水の温度を検出する湯温検出手段（３７）を配
   設し、また上記検出温度を設定温度に近づけるべく運転
   を制御する運転制御手段（４１）を設けて成るヒートポ
   ンプ式給湯装置であって、深夜等の特定時間帯であるこ
   とを把握する時間帯把握手段（５０）と、外気温度状態
   を検出する外気温検出手段（３８）と、検出外気温が基
   準温度よりも高いときに、上記特定時間帯における運転
   を停止する特定時間帯運転停止手段（５２）とを設けて
   いることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。 　２、規制運転設定スイッチ（５１）を設け、このスイ
   ッチ（５１）で規制運転が設定されているときに上記時
   間帯把握手段（５０）で把握される特定時間帯における
   運転を停止する特定時間帯運転強制停止手段（５３）を
   さらに設けていることを特徴とする第１請求項記載のヒ
   ートポンプ式給湯装置。