JP2007240090A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コストダウンとヒートポンプユニットのコンパクト化を行う。
【解決手段】圧縮機13、冷媒−水熱交換器14、蒸発器を構成する空気熱交換器17と送風ファンとでヒートポンプ回路19を形成し、冷媒−水熱交換器14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給湯する流出管とで構成したものに於いて、前記蒸発器17と圧縮機13の間の冷媒配管を冷媒−水熱交換器14と非接触で近接する位置に導いて、前記冷媒−水熱交換器14より発する輻射熱を吸収する吸熱手段18を設けたので、エネルギー効率を落とさずに効果的にコストダウンを行うことができ、設置スペースを特別に設けることもなくヒートポンプユニットのコンパクト化を行うことができるものである。
【選択図】 図2
【解決手段】圧縮機13、冷媒−水熱交換器14、蒸発器を構成する空気熱交換器17と送風ファンとでヒートポンプ回路19を形成し、冷媒−水熱交換器14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給湯する流出管とで構成したものに於いて、前記蒸発器17と圧縮機13の間の冷媒配管を冷媒−水熱交換器14と非接触で近接する位置に導いて、前記冷媒−水熱交換器14より発する輻射熱を吸収する吸熱手段18を設けたので、エネルギー効率を落とさずに効果的にコストダウンを行うことができ、設置スペースを特別に設けることもなくヒートポンプユニットのコンパクト化を行うことができるものである。
【選択図】 図2
Description
この発明は、ヒートポンプを利用した給湯装置に関するものである。
従来より、冷媒圧縮機の吐出口より吐出された高圧側の冷媒と利用水とを熱交換して利用水を昇温させるための水−冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯装置が知られれている。そして、このヒートポンプ式給湯装置の熱源ユニットとして、二酸化炭素(CO2 )を冷媒とし、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを使用している。なお、そのヒートポンプサイクルは、冷媒圧縮機の吐出口より吐出された冷媒が、水−冷媒熱交換器、膨張弁、冷媒蒸発器、アキュムレータを経て冷媒圧縮機に戻されるように構成されている。そしてエネルギー消費効率を向上させるために、水−冷媒熱交換器の出口側と圧縮機入口側の冷媒を熱交換する内部熱交換器を設けることにより、圧縮機入口側の冷媒の冷媒温度を高くし、冷媒が液状態で圧縮機へ戻ることを防止している。(例えば、特許文献1参照)
特開2003−176957号公報
ところでこの従来のものでは、内部熱交換器がコスト高を招くと共に、設置スペースもも必要であり、ヒートポンプユニットのコンパクト化の妨げになるものであった。
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給湯する流出管とで構成したものに於いて、前記空気熱交換器と圧縮機の間の冷媒配管を冷媒−水熱交換器と非接触で近接する位置に導いて、前記冷媒−水熱交換器より発する輻射熱を吸収する吸熱手段を設けたものである。
又請求項2では、前記冷媒−水熱交換器は温水配管と冷媒配管を円筒形に密接させて設け、前記吸熱手段は円筒形の冷媒−水熱交換器の内部空間に位置させたものである。
この発明の請求項1によれば、内部熱交換器に変え単純な構成である吸熱手段を設けたので、エネルギー消費効率を落とさずに効果的にコストダウンを行うことができるものである。
又請求項2によれば、吸熱手段は水−冷媒熱交換器内部に組み込むことで、設置スペースを特別に設けることもなくヒートポンプユニットのコンパクト化を行うことができるものである。
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。
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。
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。
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とこの空気熱交換器17と圧縮機13の間の冷媒配管を冷媒−水熱交換器14の内部に非接触で近接する位置に導いて、前記冷媒−水熱交換器14より発する輻射熱を吸収する吸熱手段18で形成されたヒートポンプ回路19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20と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部21とを備えており、ヒートポンプ回路19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。
前記冷媒−水熱交換器14は、温水配管14aと冷媒配管14bを密接させて円筒形に設けられ、前記吸熱手段18は円筒形の冷媒−水熱交換器14の内部空間14cに、前記温水配管14aと冷媒配管14bとは接触しないように配置され、高温の冷媒−水熱交換器14から低温の吸熱手段18への輻射熱によって吸熱手段18内を通過する冷媒が加熱されるものであり、これによってヒートポンプ回路19のCOP(エネルギー消費効率)を上昇させることができるものである。
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る。
22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22には風呂往き管23および風呂循環ポンプ24を備えた風呂戻り管25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、26は風呂戻り管25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。
27は貯湯タンク2側壁で上記風呂用熱交換器22と対向する中間位置に接続された中間取り出し管で、前記風呂用熱交換器22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。
28は前記出湯管8途中で前記中間取り出し管27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、29はこの中間混合弁28下流の中間給湯管30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。
31は中間混合弁28からの湯水と給水管9から分岐された給水バイパス管32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33に設けた給湯温度センサ34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。
35は中間給湯管30から分岐された分岐中間給湯管36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37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25に連通された湯張り管38に設けた湯張り温度センサ39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。
そして、前記湯張り管38には、浴槽6への湯張りの開始/停止を行う湯張り弁40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41が設けられているものである。
42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42a、42b、42c、42d、42eと呼び、この貯湯温度センサ42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。
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43、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ44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45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46が設けられているものである。
47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47に前記給湯リモコン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。
前記給湯制御部47は、中間温度センサ29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28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34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31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39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ある。
そして、前記制御部47は中間混合弁28の制御応答速度を給湯混合弁31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28からの湯水の温度変化に給湯混合弁31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。
48は貯湯タンク2の過圧を逃す過圧逃し弁、49は給水の圧力を減圧する減圧弁、50は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、51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、52は給水の温度を検出する給水温度センサである。
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42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47はヒーポン制御部21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21は圧縮機13を起動した後にヒーポン循環ポンプ20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42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47はヒーポン制御部21に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部21は圧縮機13を停止すると共にヒーポン循環ポンプ20も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
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42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47はヒーポン制御部21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21は圧縮機13を起動した後にヒーポン循環ポンプ20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42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47はヒーポン制御部21に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部21は圧縮機13を停止すると共にヒーポン循環ポンプ20も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
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27を介して中間混合弁28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。
ここで、給湯制御部47は中間取り出し管27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28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28を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間取り出し管27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28の出湯管8側を閉じることとなる。
そして、中間混合弁28から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管30を介して給湯混合弁31へ流入し、給水バイパス管32からの低温水と混合され、給湯制御部47が給湯混合弁31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。
次に上記の沸き上げ運転中のヒートポンプ回路19の作動について説明すれば、圧縮機13から吐出された高温高圧の冷媒は、冷媒−水熱交換器14にて給湯水を加熱すると共に、冷媒−水熱交換器14の内部に位置する吸熱手段18を輻射熱によって加熱することで、ヒートポンプ回路19のCOPを向上することができるものである。次に電子膨張弁15にて減圧され、低温になり空気熱交換器17にて空気より吸熱が行われ、次に吸熱手段18によって冷媒−水熱交換器14から吸熱後圧縮機13に戻る、一連の循環を続けるものである。
このように、内部熱交換器に変え単純な構成である吸熱手段18を設けたので、COPを落とさずに効果的にコストダウンを行うことができるものである。
又、吸熱手段18は水−冷媒熱交換器14内に組み込むことで、設置スペースを特別に設けることもなくヒートポンプユニットのコンパクト化を行うことができるものである。
又、吸熱手段18は水−冷媒熱交換器14内に組み込むことで、設置スペースを特別に設けることもなくヒートポンプユニットのコンパクト化を行うことができるものである。
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。
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)
17 空気熱交換器(蒸発器)
18 吸熱手段
19 ヒートポンプ回路
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)
17 空気熱交換器(蒸発器)
18 吸熱手段
19 ヒートポンプ回路
Claims (2)
- 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給湯する流出管とで構成したものに於いて、前記空気熱交換器と圧縮機の間の冷媒配管を冷媒−水熱交換器と非接触で近接する位置に導いて、前記冷媒−水熱交換器より発する輻射熱を吸収する吸熱手段を設けた事を特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
- 前記冷媒−水熱交換器は温水配管と冷媒配管を円筒形に密接させて設け、前記吸熱手段は円筒形の冷媒−水熱交換器の内部空間に位置させた事を特徴とする請求項1記載のヒートポンプ式給湯装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006065069A JP2007240090A (ja) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | ヒートポンプ式給湯装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006065069A JP2007240090A (ja) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | ヒートポンプ式給湯装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007240090A true JP2007240090A (ja) | 2007-09-20 |
Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2007240090A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101924979B1 (ko) | 2018-03-14 | 2018-12-04 | 장수영 | 난방 장치 및 난방 시스템 |
-
2006
- 2006-03-10 JP JP2006065069A patent/JP2007240090A/ja active Pending
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