JPH0765807B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

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
それぞれ行う一方、給湯用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、例えば一日の湯の合
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多々採用されてい
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） ところで一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度検出手
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ポ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18・・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21とによって構成されている。

さらに、上記圧縮機１の吐出配管２には給湯用ガス管22
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23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26、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電動膨張弁15は全開にし、各第２電動膨張弁20・・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25
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24、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300l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38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、一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
一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、そして給湯ユニット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４は冷
暖切換スイッチと、運転スイッチと、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
に入力されると、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、給湯ユニットＹの上記給湯制御装置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47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50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50は時間帯把握手段となるものであって、この時
計機能部50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に出力する。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54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℃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に出力される。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。 １……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）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−200148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−140043（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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。