JP2007198637A - Heat pump type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ヒートポンプを利用した瞬間式あるいは貯湯式の給湯装置に関するものである。 The present invention relates to an instantaneous or hot water storage hot water supply device using a heat pump.
従来よりこの種のものでは、冬期等で外気温度が低下すると、空気熱交換器の結露水が凍結するので、凍結危険状態では圧縮機の吐出側四方弁を切替て、空気熱交換器に加熱冷媒を流すと共に、冷媒−水熱交換器へも継続して加熱冷媒を流して給湯が継続されるようにするものであった。(例えば、特許文献1参照。)
ところでこの従来のものでは、熱源側であるヒートポンプ回路の経路を切替て行うので、加熱能力が大幅に低下し、特に冬期では頻繁に除霜運転が行われて、お湯が沸き上がらずに給湯そのものが出来なくなると言う不具合を有するものであった。 By the way, in this conventional system, since the heat pump circuit path on the heat source side is switched, the heating capacity is greatly reduced, especially in winter, defrosting operation is frequently performed, and the hot water supply itself without boiling up The problem was that it could not be done.
この発明はこの点に着目し上記問題点を解決する為、特に請求項1では、圧縮機、冷媒−水熱交換器、蒸発器を構成する空気熱交換器と送風ファンとでヒートポンプ回路を形成し、冷媒−水熱交換器に給水を供給する流入管と、該冷媒−水熱交換器で加熱された給水を給湯水として直接給湯する流出管とで構成したものに於いて、前記流入管と流出管との間には、前記空気熱交換器の送風ファンによる送風の風上側に備えたバイパス回路を接続したものである。 The present invention focuses on this point and solves the above problems. In particular, in claim 1, a heat pump circuit is formed by an air heat exchanger and a blower fan constituting a compressor, a refrigerant-water heat exchanger, and an evaporator. And an inflow pipe for supplying water to the refrigerant-water heat exchanger and an outflow pipe for directly supplying hot water as hot water using the water heated by the refrigerant-water heat exchanger. A bypass circuit provided on the windward side of the air blown by the blower fan of the air heat exchanger is connected between the pipe and the outflow pipe.
又請求項2では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、圧縮機、前記貯湯タンクと連通され水を加熱する冷媒−水熱交換器、蒸発器を構成する空気熱交換器を接続したヒートポンプ回路と、前記貯湯タンク内の湯水を該貯湯タンク底部に接続した流入管及び貯湯タンク上部に接続した流出管から成るヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路にはヒーポン循環ポンプが備えられ、更に前記貯湯タンク底部に接続された給水管と、貯湯タンク上部に接続された出湯管とを備えたものに於いて、前記ヒーポン循環回路から分岐したバイパス回路を、前記空気熱交換器の送風ファンによる送風の風上側に備えたものである。
Further, in
又請求項3では、前記バイパス回路は、流出管に三方弁を介して一端を接続し、他端を流出管のヒーポン循環ポンプ吸引側に接続することで、空気熱交換器の除霜を行うようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, the bypass circuit defrosts the air heat exchanger by connecting one end to the outflow pipe via a three-way valve and connecting the other end to the heat pump circulation pump suction side of the outflow pipe. It is what I did.
又請求項4では、前記バイパス回路は、流出管に貯湯タンク側への流量とバイパス回路側への流量を可変可能とした流量制御弁を介して一端を接続し、他端を流出管のヒーポン循環ポンプ吸引側に接続することで、空気熱交換器の除霜を行うようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the bypass circuit has one end connected to the outflow pipe via a flow rate control valve capable of changing the flow rate to the hot water storage tank side and the flow rate to the bypass circuit side, and the other end to the heat pump of the outflow pipe. By connecting to the circulation pump suction side, the air heat exchanger is defrosted.
この発明の請求項1によれば、ヒートポンプ回路を利用した瞬間式の給湯装置に於いても、二次側の給湯の一部を空気熱交換器の除霜用に使用することで、給湯を停止することなく該給湯をしながら除霜をすることが出来、効率を低下させることなく除霜が確実に行え、安心して使用出来るものである。 According to claim 1 of the present invention, even in an instantaneous hot water supply apparatus using a heat pump circuit, a part of the secondary side hot water supply is used for defrosting of the air heat exchanger, thereby The defrosting can be performed while the hot water is supplied without stopping, and the defrosting can be reliably performed without lowering the efficiency and can be used with confidence.
又請求項2によれば、ヒートポンプ回路を利用した貯湯式の給湯装置に於いても、貯湯運転の途中で貯湯用の温水の一部或いは全部を空気熱交換器の除霜用に使用することで、貯湯タンクへの貯湯を継続しながら除霜することが出来、効率を低下させることなく除霜が確実に行え、安心して使用出来るものである。
According to
又請求項3によれば、空気熱交換器の除霜は、三方弁で流路が切替られて温度上昇した温水が確実にバイパス回路を流れて行われ、短時間に除霜を完了して直ぐに沸き上げ運転に戻ることが出来、器具の効率を低下させることなく除霜が確実に行え、安心して使用出来るものである。 According to the third aspect of the present invention, the defrosting of the air heat exchanger is performed by surely flowing the hot water whose temperature is increased by switching the flow path by the three-way valve, and the defrosting is completed in a short time. It is possible to immediately return to the boiling operation, perform defrosting reliably without reducing the efficiency of the instrument, and can be used with confidence.
又請求項4によれば、空気熱交換器の除霜の温水量と貯湯タンクへ向かう温水量との調節が出来、除霜の状況に応じて両流路に流す温水量を適宜可変して、更に器具の効率を低下させることなく除霜が確実に行え、安心して使用出来るものである。 According to the fourth aspect of the present invention, the amount of hot water defrosted by the air heat exchanger and the amount of hot water going to the hot water storage tank can be adjusted, and the amount of hot water flowing through both flow paths can be appropriately varied depending on the state of defrosting. Furthermore, defrosting can be reliably performed without lowering the efficiency of the instrument, and it can be used with peace of mind.
次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
このヒートポンプ式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を備えた貯湯タンクユニット、3は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、4は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、5はこの給湯栓4の近傍に設けられた給湯リモコン、6は浴槽、7は浴室に設けられた風呂リモコンである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
This heat pump type hot water supply apparatus heats and stores hot water in the midnight hours when the unit price of contracted electric power by time zone is low, and uses the stored hot water for hot water supply. 1 is a hot
前記貯湯タンクユニット1の貯湯タンク2は、上端に出湯管8と、下端に給水管9とが接続され、更に下部にヒーポン循環回路10を構成する流出管11と、上部にヒーポン循環回路10を構成する流入管12とが接続され、前記ヒートポンプユニット3によって流出管11から取り出した貯湯タンク2内の湯水を沸き上げて流入管12から貯湯タンク2内に戻して貯湯され、給水管9からの給水により貯湯タンク2内の湯水が押し上げられて貯湯タンク2内上部の高温水が出湯管8から押し出されて給湯されるものである。
The hot
前記ヒートポンプユニット3は、圧縮機13と凝縮器としての冷媒−水熱交換器14と減圧器としての電子膨張弁15と送風ファン16の送風空気から熱を奪う蒸発器を構成する空気熱交換器17で形成されたヒートポンプ回路18と、貯湯タンク2内の湯水を前記流出管11及び流入管12を介して冷媒−水熱交換器14に循環させるヒーポン循環ポンプ19と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部20とを備えており、ヒートポンプ回路18内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約90℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
The
更にヒートポンプ循環回路10を構成する流出管11と流入管12との間にはバイパス回路21が接続され、このバイパス回路21は空気熱交換器17の送風ファン16風上側に備えられて、冷媒−水熱交換器14で高温に沸き上げられた湯水を循環させて空気熱交換器17の除霜を強制的に行うものであり、流入管12との接続側には図2に示すように開閉弁22が備えられ開閉制御されたり、図3に示すように三方弁23を設けて、流入管12の貯湯タンク2側の開閉と、バイパス回路21側の開閉とを切替るようにしたり、図4に示すように流量制御弁24を設けて、貯湯タンク2側及びバイパス回路21側の流量を空気熱交換器17での除霜状況によって可変するようにしており、又除霜制御については、ヒートポンプユニット3の外枠に備えた外気温センサ25が所定温度以下を検知で除霜制御を開始すると共に、前記開閉弁22及び三方弁23及び流量制御弁24についてもヒーポン制御部20を介して制御するものである。
Further, a
ここで、前記冷媒−水熱交換器14は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク2内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時に於いて冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することが出来、被加熱水の冷媒−水熱交換器14入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁15又は圧縮機13を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器14の入口温度が5〜20℃程度の低い温度であるとCOP(エネルギー消費効率)がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものであり、冬期では例えばCOP3であった場合に、除霜のためにその内1〜0.5の効率を利用すると言う考え方である。
Here, the refrigerant-
26は前記浴槽6の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂用熱交換器で、貯湯タンク2のほぼ中間部に備えられ上部の高温水領域を残すようにしているもので、又この風呂用熱交換器26には風呂往き管27および風呂循環ポンプ28を備えた風呂戻り管29が接続されて浴槽6の湯水が循環可能にされ、浴槽6内の湯水が貯湯タンク2内の高温水により加熱されて保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、30は風呂戻り管29を循環する浴槽6の湯水の温度を検出する風呂温度センサである。
26 is a bath heat exchanger made of a stainless steel tube for heating the hot water in the bathtub 6, and is provided in a substantially intermediate part of the hot
31は貯湯タンク2側壁で上記風呂用熱交換器26と対向する中間位置に接続された中間取り出し管で、前記風呂熱交換器26で風呂側と熱交換して温度低下した中温水や湯と水の境界層付近で温度低下あるいは温度上昇した中温水などの貯湯タンク2の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク2から出湯するものである。
31 is an intermediate take-out pipe connected to the hot
32は前記出湯管8途中で前記中間取り出し管31の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、33はこの中間混合弁32下流の中間給湯管34に設けた中間温度センサで、貯湯タンク2中間位置付近の中温水と貯湯タンク2上端に接続された出湯管8からの高温水とを給湯リモコン5や風呂リモコン7でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い混合目標温度になるように混合比率が制御されるものである。
32 is an intermediate mixing valve constituted by an electric mixing valve provided downstream of the intermediate take-out
35は中間混合弁32からの湯水と給水管9から分岐された給水バイパス管36からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管37に設けた給湯温度センサ38で検出した湯温が給湯リモコン5や風呂リモコン7でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
A hot water mixing valve 35 is constituted by an electric mixing valve that mixes hot water from the intermediate mixing valve 32 and low temperature water from the water
39は中間給湯管34から分岐された分岐中間給湯管40からの湯水と給水管9から分岐された分岐給水バイパス管41からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成された風呂混合弁であり、その下流側の風呂戻り管29に連通された湯張り管42に設けた湯張り温度センサ43で検出した湯温が給湯リモコン5や風呂リモコン7でユーザーが設定した風呂設定温度になるように混合比率を制御するものである。
39 is a bath mixing valve constituted by an electric mixing valve that mixes hot water from the branch intermediate
そして、前記湯張り管42には、浴槽6への湯張りの開始/停止を行う湯張り弁44と、浴槽6への湯張り量をカウントする風呂流量カウンタ45が設けられているものである。
The hot
46は貯湯タンク2の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では5つの貯湯温度センサが配置され上から46a、46b、46c、46d、46eと呼び、この貯湯温度センサ46が検出する温度情報によって、貯湯タンク2内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク2内の上下方向の温度分布を検知するものである。
A plurality of hot water
前記給湯リモコン5および風呂リモコン7には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ47、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ48がそれぞれ設けられていると共に、浴槽6へ風呂設定温度の湯を風呂リモコン7の湯張り量設定スイッチ(図示せず)で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させる風呂自動スイッチ49がそれぞれ設けられ、更に風呂リモコン7には約60℃の高温の湯を差し湯させる高温差し湯スイッチ50が設けられているものである。
The hot water remote controller 5 and the
51は貯湯タンクユニット1内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部51に前記給湯リモコン5が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度及び風呂設定温度を設定できるようにしているものである。
A hot water
前記給湯制御部51は、中間温度センサ33で検出する温度が給湯設定温度あるいは風呂設定温度のうち高い方の設定温度より所定温度高い混合目標温度になるよう中間混合弁32の弁開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、給湯温度センサ38の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁35の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、更に湯張り温度センサ43の検出する温度が風呂設定温度になるように風呂混合弁39の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
The hot water
そして、前記制御部51は中間混合弁32の制御応答速度を給湯混合弁35の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、中間混合弁32からの湯水の温度変化に給湯混合弁35のフィードバック制御の制御応答速度が勝り給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
The
52は貯湯タンク2の過圧を逃す過圧逃し弁、53は給水の圧力を減圧する減圧弁、54は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、55は浴槽6の湯水が逆流するのを防止する二重に設けられた逆止弁、56は給水の温度を検出する給水温度センサである。
52 is an overpressure relief valve for releasing the overpressure of the hot
次にこの一実施形態の作動を説明する。
先ず沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ46が貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部51はヒーポン制御部20に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部20は圧縮機13を起動した後にヒーポン循環ポンプ19を駆動開始し、貯湯タンク2下部に接続された流出管11から取り出した5〜20℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器14で70〜90℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク2上部に接続された流入管12から貯湯タンク2内に戻し、貯湯タンク2の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ46が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部51はヒーポン制御部20に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部20は圧縮機13を停止すると共にヒーポン循環ポンプ19も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
Next, the operation of this embodiment will be described.
First, the boiling operation will be described. When the hot water
次に給湯運転について説明すると、給湯栓4を開くと、給水管9からの給水が貯湯タンク2内に流れ込む。そして貯湯タンク2の中間部に貯められた高温水が中間取り出し管31を介して中間混合弁32へ押し出される。なお、貯湯タンク2内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
Next, the hot water supply operation will be described. When the hot water tap 4 is opened, the water supplied from the
ここで、給湯制御部51は中間取り出し管31からの湯水と出湯管8からの湯水を混合して中間混合弁32にて給湯リモコン5又は風呂リモコン7で設定された給湯設定温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁32を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間取り出し管31から流入する湯が高温で給湯設定温度より高いため、中間混合弁32の出湯管8側を閉じることとなる。
Here, the hot water
そして、中間混合弁32から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管34を介して給湯混合弁35へ流入し、給水バイパス管36からの低温水と混合され、給湯制御部51が給湯混合弁35の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓4から給湯される。そして、給湯栓4の閉止によって給湯が終了するものである。
The hot water at the target mixing temperature flowing out from the intermediate mixing valve 32 flows into the hot water supply mixing valve 35 through the intermediate hot water supply pipe 34 and is mixed with the low temperature water from the water
次に上記の沸き上げ運転中に、外気温度が氷点下以下に低下しこれを外気温センサ25が検知することで、ヒーポン制御部20によって除霜運転が開始されるもので、バイパス回路21に開閉弁22が備えられたものでは、この開閉弁22が開口されることにより、冷媒−水熱交換器14で加熱された高温水の一部がバイパス回路21を流通し、結露が発生する前の空気熱交換器17を加熱して除霜を行うもので、空気熱交換器17を加熱して温度低下した温水は流出管11に戻り、ヒーポン循環ポンプ19により再び冷媒−水熱交換器14に送られ、順次この循環を繰り返して除霜を行うものであり、又高温水の一部はそのまま貯湯タンク2に送られて沸き上げ運転は継続されるので、効率の良く除霜することが出来るものであり、空気熱交換器17の温度が所定温度に維持されることで、除霜運転は終了するものである。
Next, during the above-described boiling operation, when the outside air temperature falls below the freezing point and this is detected by the outside
又バイパス回路21の流入管12への接続部分に三方弁23が備えられている場合には、除霜運転で開口していた流入管12の貯湯タンク2側を閉口すると共に、閉口していたバイパス回路21側を開口することにより、冷媒−水熱交換器14で加熱された高温水を全てバイパス回路21に流し、大量の高温水で空気熱交換器17の除霜が短時間に行われるものであり、除霜運転の終了後は三方弁23が元の状態に切替わって沸き上げ運転が自動的に再開され、除霜の確実性と共に効率良く沸き上げも行われるものである。
Further, when the three-
更にバイパス回路21の流入管12への接続部分に流量制御弁24が備えられている場合には、除霜運転開始当初はバイパス回路21側を100%開口とし、流入管12の貯湯タンク2側0%にして、冷媒−水熱交換器14で加熱された高温水を全てバイパス回路21に流し、大量の高温水で空気熱交換器17の除霜を優先させた後、その後除霜の進行状況に応じて流量制御弁24のバイパス回路21側の流量を徐々に絞ると共に、流入管12の貯湯タンク2側の流量を徐々に増加させるようにして、除霜から貯湯タンク2の沸き上げがスムーズに切替られ、更に効率の良い除霜と沸き上げが行われるものである。
Further, when the
尚、この一実施形態では貯湯方式について説明したが、これに限定されることなく、例えば流出管11を直接給水管に接続し、冷媒−水熱交換器14で高温に加熱された温水を途中に給水とのミキシング弁を介して、直接給湯するにした瞬間方式のヒートポンプ式給湯装置でも同様な効果を得られ利用出来るものである。
In addition, although this one embodiment demonstrated the hot water storage system, it is not limited to this, For example, the outflow pipe | tube 11 is directly connected to a water supply pipe | tube, and the hot water heated by the refrigerant-
2 貯湯タンク
11 流出管
12 流入管
13 圧縮機
14 冷媒−水熱交換器
15 減圧器(電子膨張弁)
16 送風ファン
17 空気熱交換器(蒸発器)
18 ヒートポンプ回路
19 ヒートポンプ循環ポンプ
21 バイパス回路
22 開閉弁
23 三方弁
24 流量制御弁
2 Hot water storage tank 11
16 Blower 17 Air heat exchanger (evaporator)
18
Claims (4)
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-
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- 2006-01-25 JP JP2006015724A patent/JP2007198637A/en active Pending
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