JP2006132831A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冬と夏でヒートポンプユニットにおける冷媒回路中に流れる冷媒量が調節でき、各季節においてＣＯＰを向上させること。
【解決手段】 貯湯運転の際に、ヒートポンプユニットＡでは、制御装置Ｓ１により圧縮機１が運転し、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１→水冷媒熱交換器２の冷媒流路２Ａ→レシーバタンク３→膨張弁４→室外側空気熱交換器５→アキュムレータ６→圧縮機１の順に冷媒が流れる。このとき、水冷媒熱交換器２と膨張弁４との間にレシーバタンク３を設置して、しかも送風機７で外気を室外側空気熱交換器５に当て、この室外側空気熱交換器５を通過した風を前記レシーバタンク３に当てるように配置してあるために、前記レシーバタンク３内の高圧冷媒は外気により温度が変化し、密度が変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＨＦＣやＣＯ_２（二酸化炭素）等の冷媒を用い、圧縮機と水冷媒熱交換器と減圧装置と蒸発器として作用する室外熱交換器とを環状に接続した冷媒回路を備えたヒートポンプユニットにより貯湯用の温水を作るヒートポンプ式給湯装置に関する。

従来のこの種のヒートポンプ式給湯装置において、貯湯タンク下部の低温水をヒートポンプユニットに送り、熱交換して得られた高温水を貯湯タンク上部に戻して貯湯し、この貯湯タンクの高温水を給湯や風呂に使用する技術は知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、このヒートポンプ式給湯装置は、各温度条件で適切な冷媒量が異なる。空気熱交換器（蒸発器）の性能は外気温度の影響が大きいので、冬は冷媒量が比較的少ない方が高効率となり、また逆に夏は冷媒量が比較的多い方が高効率となる。エアコンディショナーは、夏と冬で冷房か暖房かに運転サイクルを変えることでモジュレータで冷媒量を調整するが、ヒートポンプ式給湯装置は季節にかかわらず同一方向の運転サイクルを行なうのでそれができない。
特開２００４−２１８９１２号公報

このため、ヒートポンプ式給湯装置にあっては、春や秋に合わせて冷媒量を決めているが、冬では冷媒量は過剰気味で、夏は少な気味となるので、年間のエネルギー消費効率であるＣＯＰが良くない。

そこで本発明は、冬と夏でヒートポンプユニットにおける冷媒回路中に流れる冷媒量が調節でき、各季節においてＣＯＰを向上させることを目的とする。

このため第１の発明は、圧縮機と水冷媒熱交換器と減圧装置と蒸発器として作用する室外熱交換器とを環状に接続した冷媒回路を備えたヒートポンプユニットにより貯湯用の温水を作るヒートポンプ式給湯装置において、送風機で外気を前記室外空気熱交換器に当てて熱交換した後の空気を液冷媒を溜めるレシーバタンクに当てるように配置したことを特徴とする。

第２の発明は、圧縮機と水冷媒熱交換器と減圧装置と蒸発器として作用する室外熱交換器とを環状に接続した冷媒回路を備えたヒートポンプユニットにより貯湯用の温水を作るヒートポンプ式給湯装置において、前記室外熱交換器の入口側に液冷媒を溜めるレシーバタンクを設けると共に、送風機で外気を前記室外空気熱交換器に当てて熱交換した後の空気を前記レシーバタンクに当てるように配置したことを特徴とする。

本発明によれば、冬と夏でヒートポンプユニットにおける冷媒回路中に流れる冷媒量が調節でき、各季節においてＣＯＰを向上させることができる。

本発明の実施の形態を図面を参照して、以下説明する。図１はヒートポンプ式給湯装置の全体システムを示す系統図である。図１において、Ａはヒートポンプユニット、Ｂはタンクユニット、Ｃは循環ポンプにより水を貯湯タンクと加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯タンクから出湯可能とする給湯回路、Ｄは浴槽の湯の追焚き回路、Ｒは前記ヒートポンプユニットＡに内蔵された冷媒回路である。この冷媒回路Ｒにおいて、ＨＦＣやＣＯ_２（二酸化炭素）等の冷媒を用いることができるが、本実施形態ではＣＯ_２を用いる。

前記ヒートポンプユニットＡに設けられた冷媒回路Ｒは、ＣＯ_２冷媒を吸入圧縮し高温高圧にする能力調整が可能な２段圧縮式の圧縮機１と、冷媒と水とを熱交換させる加熱用の水冷媒熱交換器（ガスクーラー）２、液冷媒を溜めるレシーバタンク３、電動式の膨張弁（減圧装置）４、外気と冷媒との熱交換を行う蒸発器である室外側空気熱交換器５と、アキュムレータ６とが順次環状に配管接続されている。

そして、前述の如く、水冷媒熱交換器２の出口側と膨張弁４との間にレシーバタンク３を設置し、しかも送風機７で外気を室外側空気熱交換器５に当て、この室外側空気熱交換器５を通過して熱交換した後の空気を前記レシーバタンク３に当てるように配置する。従って、前記レシーバタンク３内の高圧冷媒は外気により温度が変化し、密度が変化する。即ち、冬場は密度が高くなってレシーバタンク３内に溜まる液冷媒の量が増加し、冷媒回路Ｒ中を循環する冷媒量が減少し、逆に夏場は密度が低くなってレシーバタンク３内に溜まる液冷媒の量が減少し、冷媒回路Ｒ中を循環する冷媒量が増加し、ヒートポンプ運転の効率が良好となる。従って、冷媒量の調整を外気温度条件で自然に行なうので、複雑な機械式弁の制御や圧縮機の回転数制御を行わなくてもよい。

前記タンクユニットＢは、台所で操作される台所リモコン（リモートコントローラ）１０及び風呂場で操作される風呂リモコン（リモートコントローラ）１１が接続されたマイクロコンピュータなどで構成された制御装置Ｓ２、お湯を貯湯する貯湯タンク１２、循環ポンプにより水を貯湯タンク１２と加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯タンク１２から出湯可能とする給湯回路Ｃ及び浴槽の湯の追焚き回路Ｄなどを備えている。

前記給湯回路Ｃは、前記貯湯タンク１２に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１３、貯湯タンク１２からお湯を取出す出湯管１４、この出湯管１４に接続される圧力逃がし弁９、水道減圧弁１３を介する水道水と貯湯タンク１２上部からの温水とを混合して台所などへ給湯管３４を介して給湯するための混合弁８と、水道減圧弁１３の出口側から出湯管１４に接続された混合弁１５に至るバイパス管１６、出湯管１４から分岐したお湯張り管１７、該お湯張り管１７に接続された流量調整弁１８及び開閉弁１９Ａ、１９Ｂ、貯湯タンク１２の下端部と前記水冷媒熱交換器２の入口側との間に接続された往き管２０、この往き管２０の途中にて接続されて貯湯タンク１２から前記水冷媒熱交換器２に水を供給するための第１の循環ポンプ２２、この第１の循環ポンプ２２の上流側に接続された三方切替弁２１、水冷媒熱交換器２の出口側と貯湯タンク１２の上端部との間に接続された戻り管２３を配管接続して構成されている。

また、追焚き回路Ｄは追焚き用熱交換器２４、貯湯タンク１２の上部から追焚き用熱交換器２４に至る往き管２５、追焚き用熱交換器２４から貯湯タンク１２の中間部に至る追焚き用温水戻り管２６、この追焚き用温水戻り管２６の途中に設けられた循環ポンプ２７及び逆止弁２８、追焚き用熱交換器２４と浴槽２９との間に接続された追焚き往き管３０及び追焚き戻り管３１、追焚き戻り管３０の途中に設けられたの循環ポンプ３２を配管接続して構成されている。そして、循環ポンプ３２の出口側の追焚き戻り管３１の途中にお湯張り管３３が接続されている。

そして、ヒートポンプユニットＡとタンクユニットＢには、互いに通信線で接続されたマイクロコンピュータ等から成る制御装置Ｓ１、Ｓ２が設けられている。この制御装置Ｓ１、Ｓ２は風呂リモコン１１、台所リモコン１０からの運転信号などに基づいて、圧縮機１の運転と周波数制御、循環ポンプ２２、２７、３２の運転制御御などを行うものであり、以下その動作を説明する。

先ず、貯湯運転について説明すると、料金の安い深夜時間帯では所定の時刻に貯湯量から沸き上げ量、そして全量沸き上げに必要な時間を算出し、沸き上げ終了時刻より前記必要な時間を考慮して逆算した時刻から貯湯運転が開始される。また、それ以外の時間帯では貯湯タンク１２内の残湯量が１００リットルを割ったら、即ち検出センサＴＳ１が湯温５５℃未満を検出した場合には、貯湯運転が開始される。

即ち、前記検出センサＴＳ１からの検出出力に基づいて、貯湯タンク１２に貯湯が行なわれ、制御装置Ｓ２は循環ポンプ２２を運転させ、貯湯タンク１２→三方切替弁２１→循環ポンプ２２→水冷媒熱交換器２の水流路２Ｂ→貯湯タンク１２の順に給湯用の温水が流れ、この貯湯タンク１２に貯湯される。

ヒートポンプユニットＡでは、制御装置Ｓ１により圧縮機１が運転し、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１→水冷媒熱交換器２の冷媒流路２Ａ→レシーバタンク３→膨張弁４→室外側空気熱交換器５→アキュムレータ６→圧縮機１の順に冷媒が流れる。

なお、水冷媒熱交換器２と膨張弁４との間にレシーバタンク３を設置して、しかも送風機７で外気を室外側空気熱交換器５に当て、この室外側空気熱交換器５を通過して熱交換した後の空気を前記レシーバタンク３に当てるように配置してあるために、前記レシーバタンク３内の高圧冷媒は外気により温度が変化し、密度が変化する。従って、前述したように、冬場は密度が高くなってレシーバタンク３内に溜まる液冷媒の量が増加し、冷媒回路Ｒ中を循環する冷媒量が減少し、逆に夏場は密度が低くなってレシーバタンク３内に溜まる液冷媒の量が減少し、冷媒回路Ｒ中を循環する冷媒量が増加し、ヒートポンプ運転の効率が良好となる。

そして、貯湯タンク１２に貯湯された高温水と水道減圧弁１３を介する水道水とが混合弁８にて混合されて適度な温度に調整され、給湯管３４を介して台所などへの給湯に利用される。

また、貯湯タンク１２から出湯管１４を介する高温水と貯湯タンク１２下部からの低温水とが混合弁１５にて混合され、開閉弁１９Ａ及び１９Ｂが開くことにより、停止している循環ポンプ３２を介して又は循環ポンプ３２を介さずに追焚き用熱交換器２４を介して浴槽２９のお湯張り動作がなされることとなる。

ここで、風呂リモコン１１の追焚きスイッチ（図示せず）を操作することによる浴槽３０の追焚き動作について説明する。先ず、使用者が入浴中に浴槽２９の湯の温度が低下し、風呂リモコン１１の追焚きスイッチを操作すると、風呂リモコン１１は追焚き運転信号を制御装置Ｓ２に出力する。追焚き運転信号を受信すると、制御装置Ｓ２は循環ポンプ２７及び３２の運転を開始させる。

従って、貯湯タンク１２内の高温水は、貯湯タンク１２→往き管２５→追焚き用熱交換器２４→循環ポンプ２７→逆止弁２８→貯湯タンク１２という経路で流れる。また、循環ポンプ３２の運転により、浴槽２９の湯は循環ポンプ３０を介して追焚き用熱交換器２４に流れ、高温水と熱交換して温度上昇し、浴槽２９へ戻って追焚きが行われる。

なお、本実施形態では、冷媒回路を備えたヒートポンプユニットにより貯湯用の温水を作るヒートポンプ式給湯装置について説明したが、この給湯用ばかりか暖房用にも使用するヒートポンプ式給湯暖房装置についても適用できる。

以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

ヒートポンプ式給湯装置の全体系統図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 水冷媒熱交換器
３ レシーバタンク
４ 室外側空気熱交換器
７ 送風機
Ａ ヒートポンプユニット
Ｂ タンクユニット
Ｓ１ 制御装置
Ｓ２ 制御装置
Ｒ 冷媒回路

Claims (2)

1. 圧縮機と水冷媒熱交換器と減圧装置と蒸発器として作用する室外熱交換器とを環状に接続した冷媒回路を備えたヒートポンプユニットにより貯湯用の温水を作るヒートポンプ式給湯装置において、送風機で外気を前記室外空気熱交換器に当てて熱交換した後の空気を液冷媒を溜めるレシーバタンクに当てるように配置したことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 圧縮機と水冷媒熱交換器と減圧装置と蒸発器として作用する室外熱交換器とを環状に接続した冷媒回路を備えたヒートポンプユニットにより貯湯用の温水を作るヒートポンプ式給湯装置において、前記室外熱交換器の入口側に液冷媒を溜めるレシーバタンクを設けると共に、送風機で外気を前記室外空気熱交換器に当てて熱交換した後の空気を前記レシーバタンクに当てるように配置したことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。

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