JP2009085565A - Heat pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はヒートポンプで加熱した湯を循環して熱を蓄熱材に蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater that circulates hot water heated by a heat pump and stores hot heat in a heat storage material to supply hot water.
従来、ヒートポンプ給湯機としては加熱源であるヒートポンプ回路と水道水を貯留する貯湯タンクを現地で配管接続する方式が開発され、オール電化の住宅、マンションなどで新たなインフラの整備を必要とせず手軽に設置する事ができ、またヒートポンプ式であるため入力に対する能力は3倍以上確保可能となるため熱効率が良く、徐々に普及してきている。 Conventionally, a heat pump water heater has been developed that connects a heat pump circuit, which is a heating source, and a hot water storage tank, which stores tap water, on-site, making it easy to use all-electric housing and condominiums without the need for new infrastructure. In addition, since it is a heat pump type, the capacity for input can be secured more than three times, so the heat efficiency is good and it is gradually spreading.
また、さらに、狭小地などへの設置を狙いとし、ヒートポンプ回路と貯湯タンクを一体にしてコンパクト化すると共に、現地での配管工事を簡略できる製品が発売されている。 In addition, with the aim of installing in narrow spaces, products that can simplify the piping work in the field are being released while reducing the size of the heat pump circuit and hot water storage tank.
このようなヒートポンプ給湯機としては、以下に記載されているようなものがある(例えば、特許文献1参照)。 Examples of such a heat pump water heater include those described below (see, for example, Patent Document 1).
このヒートポンプ給湯機は、図2に示すように、水道水を貯湯する貯湯タンク8と、加熱源であるヒートポンプ回路1を備え、貯湯タンク8の下部から沸上げ管9でヒートポンプ回路1と接続し、ヒートポンプ回路1から貯湯タンク8上部へ接続している。
As shown in FIG. 2, this heat pump water heater includes a hot
沸き上げ管9の途中に水道水とヒートポンプ回路1内の冷媒が熱交換する放熱器3を設置し、放熱器3で所定の温度に暖められた水道水を貯湯タンク8に循環して高温の湯として貯留する。
A
また、貯湯タンク8と圧縮機2と放熱器3とを一体型の本体ユニット40に収納する構成となっている。
しかしながら、上記の構成では、貯湯タンクに貯留する水の熱容量が小さいため、例え高温の湯を貯留したとしても、貯湯タンクの内容量が大きくなるので、狭小地への設置を狙いとしたヒートポンプ給湯機としてコンパクト性に課題を有していた。 However, in the above configuration, the heat capacity of the water stored in the hot water storage tank is small, so even if hot water is stored, the internal capacity of the hot water storage tank will increase, so heat pump hot water supply aimed at installation in a narrow area The machine had a problem with compactness.
本発明は、現地での配管工事を簡略すると共に、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a more compact heat pump water heater while simplifying the piping work on site.
上記目的を達成するために本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧手段及び蒸発器を環状に接続して構成されるヒートポンプ回路と、蓄熱ポンプにより前記放熱器に水を送り、前記放熱器にて加熱され生成したお湯を、潜熱蓄熱体を内蔵した蓄熱タンクに循環させることで、前記潜熱蓄熱体に蓄熱するよう構成するとともに、前記ヒートポンプ回路、前記蓄熱タンクを一つの筐体内に配設したことを特徴とするもので、蓄熱タンク内の蓄熱材に潜熱蓄熱材を用いたので、水に比べて熱容量を大きくすることができる。またヒートポンプ回路と蓄熱タンクを一つの筐体に納める構成としたので、現地での配管工事を簡略できる。 In order to achieve the above object, the heat pump water heater of the present invention is a heat pump circuit configured by annularly connecting a compressor, a radiator, a decompression means, and an evaporator, and sends water to the radiator by a heat storage pump, The hot water generated by heating with the radiator is circulated through a heat storage tank having a built-in latent heat storage body so as to store heat in the latent heat storage body, and the heat pump circuit and the heat storage tank are arranged in one housing. Since the latent heat storage material is used as the heat storage material in the heat storage tank, the heat capacity can be increased as compared with water. In addition, since the heat pump circuit and the heat storage tank are housed in a single housing, piping work at the site can be simplified.
本発明によれば、現地での配管工事を簡略すると共に、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a more compact heat pump water heater while simplifying on-site piping work.
第1の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段及び蒸発器を環状に接続して構成されるヒートポンプ回路と、蓄熱ポンプにより前記放熱器に水を送り、前記放熱器にて加熱され生成したお湯を、潜熱蓄熱体を内蔵した蓄熱タンクに循環させることで、前記潜熱蓄熱体に蓄熱するよう構成するとともに、前記ヒートポンプ回路、前記蓄熱タンクを一つの筐体内に配設したことを特徴とするもので、蓄熱タンク内の蓄熱材に潜熱蓄熱材を用いたので、水に比べて熱容量を大きくすることができる。またヒートポンプ回路と蓄熱タンクを一つの筐体に納める構成としたので、現地での配管工事を簡略できる。 1st invention sent the water to the said heat radiator with the heat pump circuit comprised by connecting a compressor, a heat radiator, pressure reduction means, and an evaporator cyclically, and the heat storage pump, and it was heated and produced | generated with the said heat radiator. The hot water is circulated through a heat storage tank having a built-in latent heat storage body so as to store heat in the latent heat storage body, and the heat pump circuit and the heat storage tank are arranged in one casing. Since the latent heat storage material is used as the heat storage material in the heat storage tank, the heat capacity can be increased compared to water. In addition, since the heat pump circuit and the heat storage tank are housed in a single housing, piping work at the site can be simplified.
第2の発明は、特に第1の発明において、圧縮機と放熱器間との冷媒の高低圧力差を動力或いは電力に変換する膨張機を、ヒートポンプ回路に搭載したことを特徴とするもので、高圧冷媒が膨張する時、損失となっていた動力を回収して圧縮機動力として利用できるので、ヒートポンプ回路の効率を向上できる。 The second invention is characterized in that, in the first invention, in particular, an expander that converts a high and low pressure difference of refrigerant between the compressor and the radiator into power or electric power is mounted in a heat pump circuit. When the high-pressure refrigerant expands, the lost power can be recovered and used as compressor power, so that the efficiency of the heat pump circuit can be improved.
第3の発明は、特に第1または2の発明において、ヒートポンプ回路は、冷媒を臨界圧力以上に昇圧して運転することを特徴とするもので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と潜熱蓄熱材とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。 In a third aspect of the invention, particularly in the first or second aspect of the invention, the heat pump circuit is characterized in that the refrigerant is operated at a pressure higher than the critical pressure. Will not condense. Therefore, it is easy to form a temperature difference between the refrigerant and the latent heat storage material over the entire radiator, and the heat exchange efficiency can be increased.
(第1の実施の形態)
以下、第1の実施の形態による給湯機について図面を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態おけるヒートポンプ給湯機の回路図である。背景技術と同じ動作の構成については同一記号を付している。
(First embodiment)
Hereinafter, the water heater according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a heat pump water heater in an embodiment of the present invention. The same symbol is attached to the same operation configuration as the background art.
本装置の概要は、加熱源であるヒートポンプ回路1により加熱した水を蓄熱ポンプ7を用いて循環して、蓄熱タンク41内の潜熱蓄熱体42に温熱を蓄熱する。一方、蓄熱タンク41底部より給水された冷水を蓄熱タンク41内の蓄熱体42と熱交換することで高温の湯として、給湯や風呂湯などに利用するものである。
The outline of this apparatus circulates the water heated by the heat pump circuit 1 which is a heating source by using the heat storage pump 7 to store the heat in the latent heat storage body 42 in the
まず、ヒートポンプ回路1の構成について説明する。 First, the configuration of the heat pump circuit 1 will be described.
ヒートポンプ回路1は、冷媒を圧縮する圧縮機2、冷媒を冷却する放熱器3、冷媒を減圧する減圧手段4、冷媒の高低圧力差を動力或いは電力に変換する膨張機43と冷媒を蒸発気化する蒸発器5で構成されている。圧縮機2の吐出側より放熱器3を介して減圧手段4と並列に設置された膨張機43に接続し、蒸発器5を通って、圧縮機2の吸入側に接続している。
The heat pump circuit 1 evaporates and evaporates the refrigerant, the
また、このヒートポンプ回路1においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機2によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器3に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段4及び膨張機43において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器5で空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機2へ戻される。
さらにまた、蓄熱タンク41に関する構成は、蓄熱タンク41内に流入する湯又は水と熱交換できるように、潜熱蓄熱材で構成された潜熱蓄熱体42を配置している。
Further, in this heat pump circuit 1, carbon dioxide is used as the refrigerant, and the refrigerant compressed by the
Furthermore, the structure regarding the
一方、湯の沸き上げに関する構成は、沸上げ管9は蓄熱タンク41の下部からヒートポ
ンプ回路1と接続し、ヒートポンプ回路1から蓄熱タン41上部へ接続している。沸上げ管9が接続されている蓄熱タンク41上部とは、湯水が蓄熱タンク41の高温層側であればよく、また、蓄熱タンク41の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。
On the other hand, in the configuration relating to boiling of hot water, the boiling pipe 9 is connected to the heat pump circuit 1 from the lower part of the
蓄熱タンク41からヒートポンプ回路1に水を送り蓄熱タンク41に戻すために、沸上げ管9の途中に出力を任意に変化させることができる蓄熱ポンプ7を設けている。
また、ヒートポンプ回路1において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー15を沸上げ管9のヒートポンプ回路1入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー16を沸上げ管9におけるヒートポンプ回路1出口近傍に設けている。
In order to send water from the
In addition, a hot
給湯に関する構成としては、蓄熱タンク41の底部に給水源から給水を行う給水管19が接続され、給水源からは減圧弁20にて適度な圧力に減圧されて給水管19に給水される。
As a configuration related to hot water supply, a
蓄熱タンク41上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管21が接続され、その途中には給水管19からの給水バイパス管22が接続されている。また、給湯管21からの高温水と給水バイパス管22からの低湯水を任意の比率で混合可能な混合弁23が設けられている。
Connected to the upper part of the
混合弁23の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー25が設けられ、その先に給湯端末24が接続されている。
On the downstream side of the
風呂への注湯に関する構成としては、給湯管21の途中から分岐して、浴槽13へ注湯する注湯管28が設けられており、給湯管21と同様に、給湯管21からの高湯水と給水バイパス管22からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁26が設けられ、その下流には注湯温度センサー35が設けられている。
また、注湯管28は注湯電磁弁27を備え、それを任意に開閉させて自動で浴槽13に注湯を行う。
As a configuration related to pouring water into the bath, a
Moreover, the
浴槽13内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路31においては、浴槽13内の湯水を利用側ポンプ12により風呂熱交換器14に循環させている。また、浴槽内13の温度を検知するために風呂湯温センサー32を設けている。そして、蓄熱タンク41の湯水を熱源側ポンプ11により風呂熱交換器14に循環して蓄熱タンク41に環流する。
Regarding the circuit configuration of the bath heating operation for heating and keeping hot water in the
また、風呂熱交換器14より利用側ポンプ11で循環し環流された湯水の温度を検知するための環流温度センサー33が取り付けられており、風呂熱交換器14を循環した湯水を蓄熱タンク41下部へ環流するように構成されている。
Further, a circulating
また、ヒートポンプ、給湯、風呂に関する構成部品は一つの筐体44に納められている。
In addition, components related to the heat pump, hot water supply, and bath are housed in a
以上のように構成された給湯機において、以下、図1に基づいて動作、作用について説明する。 In the water heater configured as described above, the operation and action will be described below with reference to FIG.
蓄熱タンク41に蓄熱する蓄熱運転では、圧縮機2によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器3に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段4および膨張機43を通過した冷媒は減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器5において空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機2へ戻される。この時、膨張機43では冷媒
の高低圧差のエネルギーを回収して、圧縮機2の動力の一部として利用している。
In the heat storage operation in which heat is stored in the
また、この時、蓄熱タンク41の下部にある低温層の湯水は沸上げポンプ7により放熱器3に送られ放熱器3の熱を吸熱して加熱される。そして、蓄熱タンク41の下部にある低温層の湯水をヒートポンプ回路1により加熱し、蓄熱タンク41に戻す運転においては、蓄熱ポンプ7を駆動し、蓄熱タンク41からの低湯水を加熱し、加熱された湯は沸き上げ管9を通って蓄熱タンク41の上部に送られる。
At this time, the low temperature hot water in the lower part of the
ヒートポンプ回路1と蓄熱タンク41が一つの筐体44に納められているので、沸き上げ管9は一定の長さで短く熱ロスも少なく、また現地での施工工事が不要である。
Since the heat pump circuit 1 and the
また、出湯温度センサー16によりヒートポンプ回路1で加熱された水の温度を検知し、蓄熱ポンプ7の出力を変えることで、ヒートポンプ回路1からの出湯温度を制御して目標の温度となるように加熱を行う。
Further, the temperature of water heated by the heat pump circuit 1 is detected by the tapping
即ち、蓄熱タンク41の底部より低温層の水を加熱してヒートポンプ回路1で目標温度に加熱された湯は再び蓄熱タンク41に循環し、この循環によって高温となった湯水の熱を潜熱蓄熱体42が吸収して高温となる熱交換を行う。熱交換した高温の湯水は低温の水となって、蓄熱タンク41に底部に送られて、再びヒートポンプ回路1で加熱される。この循環の繰り返しにより潜熱蓄熱体42に熱が蓄えられる。
That is, the hot water heated to the target temperature by the heat pump circuit 1 is heated again to the
特に、潜熱蓄熱体42への蓄熱終了時には潜熱蓄熱体42は高温となり、それ以上熱交換できなくなるため、湯水の温度は低下しなくなるこのような沸き終い運転時には、高圧圧力が上昇し高低圧力差が大きくヒートポンプ回路1のエネルギー効率は低下するが、高低圧力差が大きいため膨張機43の効率は向上することになり、沸き終いのエネルギー効率向上手段として有効である。
In particular, at the end of the heat storage in the latent heat storage body 42, the latent heat storage body 42 becomes high temperature, and heat exchange cannot be performed any more, so that the temperature of the hot water does not decrease. Although the difference is large and the energy efficiency of the heat pump circuit 1 is reduced, the efficiency of the
そして、給湯端末24より利用者に湯を供給する、給湯運転では、給湯端末24の利用が開始されると、蓄熱タンク41内の湯水が給湯管21から出湯されるとともに、給水管19から蓄熱タンク41に給水される。この時、供給された低温の給水と潜熱蓄熱体42が熱交換して高温の湯となる。一方、潜熱蓄熱体42の温度は徐々に低下することになる。
In the hot water supply operation in which hot water is supplied to the user from the hot
また、給水バイパス管22により給水を分岐し、蓄熱タンク41からの高湯水と給水からの低湯水を混合弁23において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末24に給湯する。この時の混合比は給湯温度センサー25で検知される給湯温度に応じて制御され、所定の給湯温度に保たれる給湯が行われる。また、風呂加熱運転では、蓄熱タンク41内の熱を浴槽13内の湯水に放熱することで行っている。
Further, the hot water from the
風呂湯温センサー32によって所定の風呂湯温より低く、風呂の加熱が必要であると判断された場合、熱源側回路30では熱源側ポンプ11を運転して風呂熱交換器14に蓄熱タンク41の高温の湯を循環させる。風呂熱交換器14で熱交換して温度の下がった水は蓄熱タンク41の底部に送られて蓄熱タンク41内の潜熱蓄熱体42と熱交換して高温の湯となって再び風呂熱交換器14に循環される。
When the
一方、利用側回路31では浴槽13内の湯水を利用側ポンプ12により風呂熱交換器14に循環させ熱源側回路30の熱を浴槽13内の湯水に吸収して温度を上昇させ、風呂湯温センサー32によって所定の風呂湯温に達したと判断されるまで継続される。
この様に、蓄熱タンク内の蓄熱材に潜熱蓄熱材を用い、水に比べて熱容量を大きくすることができるので貯湯タンクの外形を小さくでき、またヒートポンプと蓄熱タンクを一つの
筐体に納める構成としたので、現地での配管工事を簡略できると共に、コンパクトに構成できる。
On the other hand, in the
In this way, using a latent heat storage material as the heat storage material in the heat storage tank, the heat capacity can be increased compared to water, so the external shape of the hot water storage tank can be reduced, and the heat pump and the heat storage tank are housed in one housing As a result, piping work at the site can be simplified and a compact configuration can be achieved.
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、蓄熱タンク内の蓄熱材に潜熱蓄熱材を用い、水に比べて熱容量を大きくすることができるので貯湯タンクの外形を小さくでき、またヒートポンプ回路と蓄熱タンクを一つの筐体に納める構成としたので、現地での配管工事を簡略できると共に、コンパクトな給湯機として有用である。 As described above, the heat pump water heater according to the present invention uses a latent heat storage material as the heat storage material in the heat storage tank, and can increase the heat capacity compared to water, so the outer shape of the hot water storage tank can be reduced, and the heat pump circuit The heat storage tank is housed in a single housing, which simplifies piping work on site and is useful as a compact water heater.
1 ヒートポンプ回路
2 圧縮機
3 放熱器
4 減圧手段
5 蒸発器
7 蓄熱ポンプ
41 蓄熱タンク
42 潜熱蓄熱体
43 膨張機
44 筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007259604A JP2009085565A (en) | 2007-10-03 | 2007-10-03 | Heat pump water heater |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102654308A (en) * | 2012-05-10 | 2012-09-05 | 江苏启能新能源材料有限公司 | Phase-change heat storage type electric water heater |
KR101294063B1 (en) | 2011-08-19 | 2013-08-07 | 현대자동차주식회사 | Reducing agent freezing prevention device |
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WO2023017573A1 (en) | 2021-08-11 | 2023-02-16 | 三菱電機株式会社 | Water heater |
-
2007
- 2007-10-03 JP JP2007259604A patent/JP2009085565A/en active Pending
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