JP3985685B2

JP3985685B2 - Heat pump water heater

Info

Publication number: JP3985685B2
Application number: JP2003025059A
Authority: JP
Inventors: 哲夫吉田; 孝之杉本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004233010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱源としてヒートポンプ式の冷媒回路を利用する給湯機が知られている。ヒートポンプを熱源とするヒートポンプ式給湯機は、ＣＯＰが約３程度と高いため、ガスや電気ヒータを熱源とする給湯機と異なり、省エネルギー運転が可能である。
【０００３】
しかし、いわゆるガス瞬間湯沸かし器のように利用時に即座に出湯するためには、熱源として大容量のヒートポンプが必要となる。例えば、冬季のシャワー用に給湯を行う場合、仮に水温７℃の水から毎分１２リットルの４２℃の温水を生成しようとすると、熱源ヒートポンプには約３０ｋＷの能力が必要となる。そのため、熱源として、１０馬力相当のヒートポンプを用意しなければならない。
【０００４】
しかし、大容量のヒートポンプ式給湯機では、室外機が大きくなるため、給湯機の大型化を招く。室外機が大きいと、一般住宅への設置が著しく困難となる。また、必要電気容量も３０Ａを大幅に超えることになり、一般住宅に設置するためには受電設備の変更が必要となる。
【０００５】
そこで、特許文献１及び２に開示されているように、装置内に貯湯タンクを設け、深夜電力を利用して貯湯タンクに予め温水を貯めておき、給湯時に当該温水を供給するヒートポンプ式給湯機が提案されている。このように貯湯タンクから温水を供給することにより、高温の温水を即座に供給することが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−４９６６８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１１０１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のヒートポンプ式給湯機においては、瞬間湯沸し型においても、また貯湯タンク型においても、さらに省エネルギー化を進め、ランニングコストを低減することが望まれている。
【０００８】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、成績係数（ＣＯＰ）を向上し、ランニングコストを低減することが可能なヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１のヒートポンプ式給湯機は、第１圧縮機１１と、第１水熱交換器１２と、第１減圧機構１６と、第１熱源側熱交換器１７とを順次接続して構成した第１冷媒回路１０と、第２圧縮機２１と、第２水熱交換器２２と、第２減圧機構２６と、第２熱源側熱交換器２７とを順次接続して構成した第２冷媒回路２０とを備え、低温水を上記第１水熱交換器１２で加熱して中温水とした後、この中温水を第２水熱交換器２２でさらに加熱して高温水を出湯する給湯回路３０を有し、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を上記第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０とに回収すべく構成すると共に、第１冷媒回路１０よりも第２冷媒回路２０に優先的に回収熱を付与するようにしてあることを特徴としている。
【００１０】
請求項１のヒートポンプ式給湯機では、中温水を高温水に加熱する第２水熱交換器２２におけるＣＯＰは比較的低いものの、低温水を中温水に加熱する第１水熱交換器１２におけるＣＯＰは極めて高く、そのため、ヒートポンプ全体としてのＣＯＰは従来よりも向上する。しかも、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を上記第１冷媒回路１０及びは第２冷媒回路２０に回収するので、エネルギー効率を向上できる。この場合、第２冷媒回路２０のＣＯＰが第１冷媒回路１０よりも悪いので、第２冷媒回路２０に対して優先的に回収熱を付与することによって、ＣＯＰを一段と向上することが可能である。
【００１１】
請求項２のヒートポンプ式給湯機は、上記第２水熱交換器２２の出口側冷媒を、低温水と熱交換させる過冷却用熱交換器２９を有することを特徴としている。
【００１２】
上記請求項２のヒートポンプ式給湯機では、第２水熱交換器２２の出口側で凝縮冷媒に対して、充分な過冷却を付与することが可能となり、このため、第２水熱交換器２２におけるＣＯＰが向上する。
【００１３】
請求項３のヒートポンプ式給湯機は、上記高温水を貯湯する貯湯タンク１を有することを特徴としている。
【００１４】
上記請求項３のヒートポンプ式給湯機では、例えば、このヒートポンプ式給湯機を瞬間湯沸し器型に使用した場合において、給湯利用開始時や大量給湯時に、貯湯タンク１内の高温水を使用できるので、湯不足等の不都合を解消できる。
【００１７】
請求項４のヒートポンプ式給湯機は、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を給湯回路３０に回収すべく構成したことを特徴としている。
【００１８】
上記請求項４のヒートポンプ式給湯機では、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を給湯回路３０に回収するので、エネルギー効率を向上できる。
【００１９】
請求項５のヒートポンプ式給湯機は、上記いずれかの冷媒回路１０、２０が故障したときには、低温水の供給量を減じた状態で、残りの冷媒回路２０、１０を運転することを特徴としている。
【００２０】
請求項５のヒートポンプ式給湯機では、冷媒回路１０、２０の故障時においても、緊急措置により、残りの冷媒回路での高温水の供給が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
次に、この発明のヒートポンプ式給湯機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこのヒートポンプ式給湯機の簡略図を示す。このヒートポンプ式給湯機は、第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０と、給湯回路３０とを備えている。このヒートポンプ式給湯機は、いわゆるセミ瞬間湯沸し器であり、温水を即座に供給することが可能である。
【００２２】
上記第１冷媒回路１０及び第２冷媒回路２０は、いずれも上記圧縮式の冷媒回路である。第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０とは、互いに独立した冷媒回路であって、両冷媒回路１０、２０の冷媒の種類は特に限定されるものではなく、例えば、ＨＦＣ系、ＨＣ系の冷媒、あるいはＣＯ₂冷媒等を使用することができる。
【００２３】
第１冷媒回路１０は、第１圧縮機１１、第１水熱交換器１２、第１レシーバ１３、第１フィルタ１４、第１キャピラリーチューブ１５、第１膨張弁（減圧機構）１６、第１室外熱交換器１７、及び第１アキュームレータ１８が順に接続されることによって構成されている。第１冷媒回路１０には、第１電磁弁４１、及び第１キャピラリーチューブ４２を有する第１除霜回路４３が設けられている。第１除霜回路４３の一端は、第１圧縮機１１の吐出側配管に接続され、その他端は第１室外熱交換器１７の入口側配管に接続されている。
【００２４】
また、第２冷媒回路２０は、上記第１冷媒回路１０と略同じ構成のものであって、第２圧縮機２１、第２水熱交換器２２、第２レシーバ２３、第２フィルタ２４、第２キャピラリーチューブ２５、第２膨張弁（減圧機構）２６、第２室外熱交換器２７、及び第２アキュームレータ２８が順に接続されることによって構成されている。第２冷媒回路２０には、第２電磁弁４４、及び第２キャピラリーチューブ４５を有する第２除霜回路４６が設けられている。第２除霜回路４６の一端は、第２圧縮機２１の吐出側配管に接続され、その他端は第２室外熱交換器２７の入口側配管に接続されている。
【００２５】
上記水熱交換器１２、２２は、２重管構造のものであって、内側を冷媒が通過し、外側を湯水が通過する構成のものであり、両者の流れは互いに逆方向（対向流）となる。上記室外熱交換器１７、２７は、熱源側熱交換器となるものであって、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ型熱交換器によって構成されている。ただし、水熱交換器１２、２２、及び室外熱交換器１７、２７の形式や種類は、特に限定されるものではない。
【００２６】
給湯回路３０の上流端は上水道に接続され、下流端は給水栓３１に接続されている。給湯回路３０には、水道水が流通する。給湯回路３０は、第１水熱交換器１２と第２水熱交換器２２とが順に直列的に接続されて成る主回路３２と、これら両水熱交換器１２、２２をバイパスするバイパス回路３３とを備えている。主回路３２の下流端と、バイパス回路３３の下流端とは、混合弁３４に接続されている。また、上記主回路３２の上流側（第１水熱交換器１２の入口側）には、ポンプ３５が介設されており、また主回路３２の下流側（第２水熱交換器２２の出口側）には、サーミスタ３６が取付けられている。さらに、混合弁３４の下流側にはサーミスタ３７が取付けられている。混合弁３４は、主回路３２からの高温の温水とバイパス回路３３からの低温の水道水との混合割合を調整する機能を有するもので、この実施形態においては、混合割合はサーミスタ３７の検出温度が所定温度になるように自動的に調整される。
【００２７】
次に、上記ヒートポンプ式給湯機の作動状態について説明する。まず、給水栓３１が開放されると、第１及び第２冷媒回路１０、２０の第１圧縮機１１及び第２圧縮機２２が駆動されると共に、給湯回路３０のポンプ３５が駆動される。第１冷媒回路１０の第１圧縮機１１が駆動されると第１圧縮機１１から吐出された冷媒は、第１水熱交換器１２において凝縮し、第１水熱交換器１２に供給される約５℃の水道水（低温水）を３２．５℃程度の中温水（中温湯）とする。そして、凝縮した冷媒は、第１レシーバ１３を通過し、キャピラリーチューブ１５及び膨張弁１６で減圧され、第１室外熱交換器１７で蒸発した後、第１アキュームレータ１８を経て、第１圧縮機１１に吸入される。そして、上記第１圧縮機１１に吸入された冷媒は、再び吐出され、上記循環動作を繰返す。
【００２８】
第２冷媒回路２０の第２圧縮機２１が駆動されると第２圧縮機２１から吐出された冷媒は、第２水熱交換器２２において凝縮し、第２水熱交換器２２に供給される約３２．５℃の中温水を６０℃程度の高温水（高温湯）とする。そして、凝縮した冷媒は、第２レシーバ２３を通過し、キャピラリーチューブ２５及び膨張弁２６で減圧され、第２室外熱交換器２７で蒸発した後、第２アキュームレータ２８を経て、第２圧縮機２１に吸入される。そして、上記第２圧縮機２１に吸入された冷媒は、再び吐出され、上記循環動作を繰返す。上記第２水熱交換器２２から供給される高温水は、混合弁３４において、水道水と混合され、適温に調整された温水が給水栓３１から利用者に供給される。なお、上記中温水及び高温水の各温度は、ポンプ３５の流量に依存し、流量が大であると低温に、流量が小であると高温になる。
【００２９】
上記第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０とのモリエル線図を図２に示している。また、第１冷媒回路１０における給湯温度とＣＯＰとの関係を図３に、第２冷媒回路２０における給湯温度とＣＯＰとの関係を図４に示している。図３及び図４は、シミュレーションによってＣＯＰを評価したものである。第１冷媒回路１０においては、給水温度を５℃、給湯温度を３２．５℃、流量４リットル／分とし、外気に関しては、乾球温度を２℃、湿球温度を１℃とし、また室外熱交換器１７での風量を５０ｍ³／分とした。また、冷媒としてはＲ４１０ａを用いた。この結果、図３に示すように、ＣＯＰ＝６．３０という極めて高い値が得られた。
【００３０】
第２冷媒回路２０においては、給水温度を３２．５℃、給湯温度を６０℃、流量４リットル／分とし、外気に関しては、乾球温度を２℃、湿球温度を１℃とし、また室外熱交換器１７での風量を５０ｍ³／分とした。また、冷媒としてはＲ４１０ａを用いた。この結果、図４に示すように、ＣＯＰ＝３．００となる。そして、上記第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０との平均的なＣＯＰは、両者の平均値として４．６５となる。
【００３１】
これに対して、単一の水熱交換器で水道水を６０℃にまで加熱する場合の給湯温度とＣＯＰとのシミュレーション関係を図５に示している。この場合、ヒートポンプ式給湯機を２台並列に使用し、給水温度を５℃、給湯温度を６０℃、１台当たりの流量２リットル／分とし、外気に関しては、乾球温度を２℃、湿球温度を１℃とし、また各室外熱交換器での風量を５０ｍ³／分とした。また、冷媒としてはＲ４１０ａを用いた。この結果、図５に示すように、ＣＯＰ＝３．７４となる。
【００３２】
以上のように、並列に配置した水熱交換器で水道水を６０℃にまで加熱する従来の場合には、ＣＯＰが３．７４であるのに対し、水熱交換器１２、２２を直列に配置した２段加熱方式を採用したこの実施形態のヒートポンプ式給湯機においては、ＣＯＰが４．６５と大幅に改善される。この結果、省エネルギー化によるランニングコストの低減効果が得られる。しかも冷媒回路を第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０とに分割構成すると共に、水熱交換器１２、２２を直列に配置して２段加熱方式を採用してＣＯＰを大幅に改善しているので、各冷媒回路１０、２０の容量が比較的小さく抑えられ、装置全体をコンパクトに構成できる。また、冷媒回路を第１冷媒回路１０と第２冷媒回路２０とに分割構成したことにより、沸き上げ温度に拘らず、高いＣＯＰを実現できる利点がある。さらに、容量の大きい１台の高ＣＯＰヒートポンプを開発するよりも、普及クラスのヒートポンプを利用できるので、コストパフォーマンスに優れている。
【００３３】
次に、第２実施形態〜第５実施形態について説明するが、以下の実施形態において各実施形態と同一機能部分については、同一の符号で示し、その説明を省略する。以下の各実施形態においても上記第１実施形態と略同一の作用、効果が得られる。
【００３４】
（第２実施形態）
図６に第２実施形態を示しているが、この実施形態においては、貯湯タンク１を使用している。すなわち、主回路３２の上流側（ポンプ３５よりもさらに上流側）を貯湯タンク１の底部を経由させ、また主回路３２の下流側（第２水熱交換器２２の出口側でさらにサーミスタ３６の取付部よりも下流側）を貯湯タンク１の頂部を経由させている。この実施形態においては、第２水熱交換器２２からの高温水を貯湯タンク１内に貯湯し得るようにしている。この実施形態によれば、給湯利用開始時や大量給湯時に、貯湯タンク内の高温水を使用できるので、湯不足等の不都合を解消でき、使用快適性を確保できる。なお、図６において、２は浴槽を示している。
【００３５】
（第３実施形態）
図７に第３実施形態を示しているが、この実施形態においては、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を第１冷媒回路１０及び第２冷媒回路２０に回収するようにしている。すなわち、風呂やシャワー等からの湯排出口３に廃熱回収用熱交換器４を設け、その回収熱を第１冷媒回路１０の第１室外熱交換器１７の出口、及び第２冷媒回路２０の第２室外熱交換器２７の出口に付与している。この実施形態によれば、排出湯の熱量を有効に利用できるので、エネルギー効率を向上でき、ランニングコストを低減できる。この場合、第２冷媒回路２０のＣＯＰが第１冷媒回路１０よりも悪いので、第２冷媒回路２０に対して優先的に回収熱を付与するのが好ましい。なお、回収熱の付与位置は、室外熱交換器１７、２７の出口側に限らず、その入口側を含め、適宜選択できる。図７において、５は廃熱回収用のポンプである。また、この実施形態においては、第２水熱交換器２２の出口側に切換弁７を設け、第２水熱交換器２２から送出される湯水を、貯湯タンク１頂部側と低部側とに切換えられるようにしている。これは、給湯開始直後の段階において、充分に加熱されていない低温水が貯湯タンク１の頂部、及び給水栓３１に供給されるのを防止するためである。
【００３６】
（第４実施形態）
図８に第４実施形態を示しているが、この実施形態においては、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を給湯回路３０に回収するようにしている。すなわち、風呂やシャワー等からの湯排出口３に廃熱回収用熱交換器４を設け、その回収熱を給湯回路３０のバイパス回路３３に付与している。この実施形態によれば、排出湯の熱量を有効に利用できるので、エネルギー効率を向上でき、ランニングコストを低減できる。
【００３７】
上記第３実施形態及び第４実施形態では、湯排出口３に廃熱回収用熱交換器４を設け、熱媒を介して、廃熱回収を行うようにしているが、図９に示すように、風呂、シャワー等からの排出湯をタンク６に貯留し、排出湯を直接利用して廃熱回収した後、外部に放出するようにしてもよい。
【００３８】
（第５実施形態）
図１０に第５実施形態を示しているが、この実施形態においては、第２水熱交換器２２の出口側の凝縮冷媒に対して、過冷却を付与するようにしている。すなわち、給湯回路３０におけるバイパス回路３３の途中に過冷却用熱交換器２９を設け、第２水熱交換器２２からの凝縮冷媒を過冷却用熱交換器２９を通過させた後、第２室外熱交換器２７へ送るようにしている。この実施形態によれば、第２水熱交換器の出口側で凝縮冷媒に対して、充分な過冷却を付与することが可能となり、このため、第２水熱交換器におけるＣＯＰが向上し、この結果、省エネルギー化によるランニングコストの低減効果が得られる。
【００３９】
（第６実施形態）
上記第１実施形態〜第５実施形態において、第１冷媒回路１０又は第２冷媒回路２０のいずれか一方が、故障したような場合には、残りの第２冷媒回路２０又は第１冷媒回路１０を駆動することによって、供給された低温水を高温水にまで一気に加熱する方式を採用する。この場合、ポンプ３５の供給水量は通常運転時よりも減少（１／２程度に減少）させる。この結果、冷媒回路１０、２０の故障時においても、緊急措置により、残りの冷媒回路２０、１０での高温水の供給が可能となり、使用上の快適性低下を防止できる。
【００４０】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記各実施形態においては、低温用と高温用とに２台の冷媒回路を設けているが、加熱温度域を３段階以上に分割し、それに応じた台数の冷媒回路を用いてもよい。また、冷媒としてＲ４１０ａを使用しているが、ＨＦＣ、プロパンのような自然冷媒等の何種類かのうちから任意に選択してもよい。この場合、第２冷媒回路２０においては、沸き上げ温度の高い冷媒を使用するのが好ましい。例えば、炭酸ガス冷媒は、ＣＯＰに関しては、ＨＦＣ冷媒よりも低いが、沸き上げ温度に関しては、ＨＦＣ冷媒よりも高くなる。従って、この点を考慮すると、第１冷媒回路１０においては、Ｒ４１０ａを使用し、第２冷媒回路２０においては、炭酸ガスを使用するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１のヒートポンプ式給湯機では、中温水を高温水に加熱する第２水熱交換器におけるＣＯＰは比較的低いものの、低温水を中温水に加熱する第１水熱交換器におけるＣＯＰは極めて高く、そのため、ヒートポンプ全体としてのＣＯＰが従来よりも向上し、この結果、省エネルギー化によるランニングコストの低減効果が得られる。しかも、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を上記第１冷媒回路及びは第２冷媒回路に回収するので、エネルギー効率を向上できる。この場合、第２冷媒回路のＣＯＰが第１冷媒回路よりも悪いので、第２冷媒回路に対して優先的に回収熱を付与することによって、ＣＯＰを一段と向上することが可能である。
【００４２】
上記請求項２のヒートポンプ式給湯機では、第２水熱交換器の出口側で凝縮冷媒に対して、充分な過冷却を付与することが可能となり、このため、第２水熱交換器におけるＣＯＰが向上し、この結果、省エネルギー化によるランニングコストの低減効果が得られる。
【００４３】
上記請求項３のヒートポンプ式給湯機では、例えば、このヒートポンプ式給湯機を瞬間湯沸し器型に使用した場合において、給湯利用開始時や大量給湯時に、貯湯タンク内の高温水を使用できるので、湯不足等の不都合を解消でき、使用快適性を確保できる。
【００４５】
上記請求項４のヒートポンプ式給湯機では、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を給湯回路に回収するので、エネルギー効率を向上でき、ランニングコストを低減できる。
【００４６】
請求項５のヒートポンプ式給湯機では、冷媒回路の故障時においても、緊急措置により、残りの冷媒回路での高温水の供給が可能となり、使用上の快適性低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のヒートポンプ式給湯機の第１実施形態を示す全体回路図である。
【図２】上記ヒートポンプ式給湯機の作動状態を示すモリエル線図である。
【図３】上記ヒートポンプ式給湯機の第１冷媒回路における給湯温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。
【図４】上記ヒートポンプ式給湯機の第２冷媒回路における給湯温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。
【図５】従来のヒートポンプ式給湯機の給湯温度とＣＯＰとの関係を示すグラフである。
【図６】この発明のヒートポンプ式給湯機の第２実施形態を示す全体回路図である。
【図７】この発明のヒートポンプ式給湯機の第３実施形態を示す全体回路図である。
【図８】この発明のヒートポンプ式給湯機の第４実施形態を示す全体回路図である。
【図９】風呂、シャワー等からの排出湯の熱量回収方式の変更例を示す概略図である。
【図１０】この発明のヒートポンプ式給湯機の第５実施形態を示す全体回路図である。
【符号の説明】
１貯湯タンク
１０第１冷媒回路
１１第１圧縮機
１２第１水熱交換器
１６第１減圧機構
１７第１熱源側熱交換器
２０第２冷媒回路
２１第２圧縮機
２２第２水熱交換器
２６第２減圧機構
２７第２熱源側熱交換器
２９過冷却用熱交換器
３０給湯回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump type water heater.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a water heater using a heat pump type refrigerant circuit as a heat source is known. A heat pump type hot water heater that uses a heat pump as a heat source has a high COP of about 3 and can therefore be operated in an energy saving manner, unlike a water heater that uses a gas or an electric heater as a heat source.
[0003]
However, a large-capacity heat pump is required as a heat source in order to immediately take out hot water when used, such as a so-called gas instantaneous water heater. For example, when supplying hot water for a shower in winter, if it is attempted to generate 12 liters of water at a temperature of 42 ° C. per minute from water at a temperature of 7 ° C., the heat source heat pump needs a capacity of about 30 kW. Therefore, a heat pump equivalent to 10 horsepower must be prepared as a heat source.
[0004]
However, in a large-capacity heat pump type hot water heater, the outdoor unit becomes large, which leads to an increase in the size of the water heater. If the outdoor unit is large, it will be extremely difficult to install in an ordinary house. In addition, the required electrical capacity will greatly exceed 30A, and it is necessary to change the power receiving equipment in order to install it in a general house.
[0005]
Therefore, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, a heat pump type hot water supply apparatus in which a hot water storage tank is provided in the apparatus, hot water is stored in advance in the hot water storage tank using midnight power, and the hot water is supplied during hot water supply. Has been proposed. By supplying hot water from the hot water storage tank in this way, it becomes possible to supply hot hot water immediately.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-49668 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-1111018
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned conventional heat pump type water heater, it is desired to further save energy and reduce the running cost in both the instantaneous water heater type and the hot water storage tank type.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object of the present invention is to provide a heat pump type water heater capable of improving the coefficient of performance (COP) and reducing the running cost. It is in.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the heat pump type hot water heater of claim 1 is configured by sequentially connecting the first compressor 11, the first water heat exchanger 12, the first pressure reducing mechanism 16, and the first heat source side heat exchanger 17. A second refrigerant circuit configured by sequentially connecting a first refrigerant circuit 10, a second compressor 21, a second water heat exchanger 22, a second pressure reducing mechanism 26, and a second heat source side heat exchanger 27. 20, the low-temperature water is heated by the first water heat exchanger 12 to be intermediate temperature water, and then the intermediate temperature water is further heated by the second water heat exchanger 22 to discharge hot water. have a, baths, the amount of heat discharged hot water from the shower or the like as well as configured to recover the as the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20, than the first refrigerant circuit 10 in preference to the second refrigerant circuit 20 It is characterized in that recovery heat is applied to the system.
[0010]
In the heat pump water heater of claim 1, the COP in the second water heat exchanger 22 for heating the medium temperature water to the high temperature water is relatively low, but the COP in the first water heat exchanger 12 for heating the low temperature water to the medium temperature water. Therefore, the COP of the heat pump as a whole is improved as compared with the prior art. In addition, since the amount of heat of the hot water discharged from the bath, shower or the like is recovered by the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20, energy efficiency can be improved. In this case, since the COP of the second refrigerant circuit 20 is worse than that of the first refrigerant circuit 10, it is possible to further improve the COP by preferentially applying recovered heat to the second refrigerant circuit 20. .
[0011]
The heat pump type hot water heater according to claim 2 is characterized in that it has a supercooling heat exchanger 29 for exchanging heat between the outlet side refrigerant of the second water heat exchanger 22 and low temperature water.
[0012]
In the heat pump hot water supply apparatus according to the second aspect, it is possible to give sufficient supercooling to the condensed refrigerant on the outlet side of the second water heat exchanger 22, and thus the second water heat exchanger 22. COP is improved.
[0013]
The heat pump type hot water heater according to claim 3 has a hot water storage tank 1 for storing the hot water.
[0014]
In the heat pump type hot water heater of claim 3, for example, when this heat pump type hot water heater is used in an instantaneous water heater type, the hot water in the hot water storage tank 1 can be used at the start of hot water supply use or at the time of mass hot water supply. Inconvenience such as lack of hot water can be solved.
[0017]
The heat pump type hot water supply apparatus according to claim 4 is characterized in that it is configured to recover the amount of heat of the discharged hot water from a bath, a shower or the like in the hot water supply circuit 30.
[0018]
In the heat pump hot water supply apparatus according to the fourth aspect , the amount of heat of the hot water discharged from the bath, shower or the like is collected in the hot water supply circuit 30, so that energy efficiency can be improved.
[0019]
The heat pump type water heater according to claim 5 is characterized in that when any of the refrigerant circuits 10 and 20 fails, the remaining refrigerant circuits 20 and 10 are operated in a state where the supply amount of low-temperature water is reduced. .
[0020]
In the heat pump hot water supply apparatus according to the fifth aspect , even when the refrigerant circuits 10 and 20 are out of order, it is possible to supply high-temperature water in the remaining refrigerant circuits by an emergency measure.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Next, specific embodiments of the heat pump type water heater of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a simplified diagram of this heat pump type hot water heater. The heat pump type hot water heater includes a first refrigerant circuit 10, a second refrigerant circuit 20, and a hot water supply circuit 30. This heat pump type water heater is a so-called semi-instantaneous water heater, and can supply hot water immediately.
[0022]
Each of the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20 is the compression refrigerant circuit. The first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20 are independent refrigerant circuits, and the type of refrigerant in both refrigerant circuits 10 and 20 is not particularly limited. For example, the HFC system and the HC system A refrigerant, a CO ₂ refrigerant, or the like can be used.
[0023]
The first refrigerant circuit 10 includes a first compressor 11, a first water heat exchanger 12, a first receiver 13, a first filter 14, a first capillary tube 15, a first expansion valve (decompression mechanism) 16, and a first outdoor The heat exchanger 17 and the first accumulator 18 are connected in order. The first refrigerant circuit 10 is provided with a first electromagnetic valve 41 and a first defrosting circuit 43 having a first capillary tube 42. One end of the first defrosting circuit 43 is connected to the discharge side piping of the first compressor 11, and the other end is connected to the inlet side piping of the first outdoor heat exchanger 17.
[0024]
The second refrigerant circuit 20 has substantially the same configuration as the first refrigerant circuit 10, and includes a second compressor 21, a second water heat exchanger 22, a second receiver 23, a second filter 24, The two capillary tubes 25, the second expansion valve (decompression mechanism) 26, the second outdoor heat exchanger 27, and the second accumulator 28 are connected in this order. The second refrigerant circuit 20 is provided with a second defrosting circuit 46 having a second electromagnetic valve 44 and a second capillary tube 45. One end of the second defrosting circuit 46 is connected to the discharge side piping of the second compressor 21, and the other end is connected to the inlet side piping of the second outdoor heat exchanger 27.
[0025]
The water heat exchangers 12 and 22 have a double-pipe structure in which the refrigerant passes through the inside and the hot water passes through the outside, and the flow of both is opposite (opposite flow). It becomes. The outdoor heat exchangers 17 and 27 serve as heat source side heat exchangers, and are constituted by so-called cross fin type fin-and-tube heat exchangers. However, the types and types of the water heat exchangers 12 and 22 and the outdoor heat exchangers 17 and 27 are not particularly limited.
[0026]
The upstream end of the hot water supply circuit 30 is connected to the water supply, and the downstream end is connected to the water tap 31. Tap water circulates in the hot water supply circuit 30. The hot water supply circuit 30 includes a main circuit 32 in which the first water heat exchanger 12 and the second water heat exchanger 22 are sequentially connected in series, and a bypass circuit 33 that bypasses both the water heat exchangers 12 and 22. And. The downstream end of the main circuit 32 and the downstream end of the bypass circuit 33 are connected to the mixing valve 34. A pump 35 is interposed on the upstream side of the main circuit 32 (the inlet side of the first water heat exchanger 12), and the downstream side of the main circuit 32 (the outlet of the second water heat exchanger 22). The thermistor 36 is attached to the side. Further, a thermistor 37 is attached downstream of the mixing valve 34. The mixing valve 34 has a function of adjusting the mixing ratio of the hot hot water from the main circuit 32 and the low-temperature tap water from the bypass circuit 33. In this embodiment, the mixing ratio is the temperature detected by the thermistor 37. Is automatically adjusted to a predetermined temperature.
[0027]
Next, the operation state of the heat pump type hot water heater will be described. First, when the water tap 31 is opened, the first compressor 11 and the second compressor 22 of the first and second refrigerant circuits 10 and 20 are driven, and the pump 35 of the hot water supply circuit 30 is driven. When the first compressor 11 of the first refrigerant circuit 10 is driven, the refrigerant discharged from the first compressor 11 is condensed in the first water heat exchanger 12 and supplied to the first water heat exchanger 12. About 5 ° C tap water (low temperature water) is used as medium temperature water (medium temperature hot water) of about 32.5 ° C. The condensed refrigerant passes through the first receiver 13, is decompressed by the capillary tube 15 and the expansion valve 16, evaporates in the first outdoor heat exchanger 17, passes through the first accumulator 18, passes through the first compressor 11. Inhaled. Then, the refrigerant sucked into the first compressor 11 is discharged again and repeats the circulation operation.
[0028]
When the second compressor 21 of the second refrigerant circuit 20 is driven, the refrigerant discharged from the second compressor 21 is condensed in the second water heat exchanger 22 and supplied to the second water heat exchanger 22. The medium-temperature water at about 32.5 ° C. is used as high-temperature water (hot water) of about 60 ° C. The condensed refrigerant passes through the second receiver 23, is decompressed by the capillary tube 25 and the expansion valve 26, evaporates in the second outdoor heat exchanger 27, passes through the second accumulator 28, and then passes through the second compressor 21. Inhaled. Then, the refrigerant sucked into the second compressor 21 is discharged again and repeats the circulation operation. The high-temperature water supplied from the second water heat exchanger 22 is mixed with tap water at the mixing valve 34, and hot water adjusted to an appropriate temperature is supplied from the water tap 31 to the user. Each temperature of the medium-temperature water and the high-temperature water depends on the flow rate of the pump 35. When the flow rate is large, the temperature becomes low, and when the flow rate is small, the temperature becomes high.
[0029]
A Mollier diagram of the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20 is shown in FIG. FIG. 3 shows the relationship between the hot water supply temperature in the first refrigerant circuit 10 and the COP, and FIG. 4 shows the relationship between the hot water supply temperature in the second refrigerant circuit 20 and the COP. 3 and 4 show the COP evaluated by simulation. In the first refrigerant circuit 10, the feed water temperature is 5 ° C., the hot water temperature is 32.5 ° C., the flow rate is 4 liters / minute, and the outside air is 2 ° C. dry bulb temperature and 1 ° C. wet bulb temperature, and the outdoor The air volume in the heat exchanger 17 was set to 50 m ³ / min. Moreover, R410a was used as a refrigerant. As a result, as shown in FIG. 3, a very high value of COP = 6.30 was obtained.
[0030]
In the second refrigerant circuit 20, the feed water temperature is 32.5 ° C., the hot water supply temperature is 60 ° C., the flow rate is 4 liters / minute, and the outside air is 2 ° C. dry bulb temperature and 1 ° C. wet bulb temperature, and the outdoor The air volume in the heat exchanger 17 was set to 50 m ³ / min. Moreover, R410a was used as a refrigerant. As a result, as shown in FIG. 4, COP = 3.00. The average COP of the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20 is 4.65 as an average value of both.
[0031]
On the other hand, FIG. 5 shows a simulation relationship between the hot water supply temperature and COP when tap water is heated to 60 ° C. with a single water heat exchanger. In this case, two heat pump water heaters are used in parallel, the feed water temperature is 5 ° C., the hot water temperature is 60 ° C., and the flow rate per unit is 2 liters / minute. The bulb temperature was 1 ° C., and the air volume at each outdoor heat exchanger was 50 m ³ / min. Moreover, R410a was used as a refrigerant. As a result, as shown in FIG. 5, COP = 3.74.
[0032]
As described above, in the conventional case where tap water is heated to 60 ° C. with water heat exchangers arranged in parallel, the COP is 3.74, whereas the water heat exchangers 12 and 22 are connected in series. In the heat pump type water heater of this embodiment that employs the arranged two-stage heating method, the COP is greatly improved to 4.65. As a result, an effect of reducing running cost by energy saving can be obtained. Moreover, the refrigerant circuit is divided into the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20, and the COP is greatly improved by adopting a two-stage heating system by arranging the water heat exchangers 12 and 22 in series. Therefore, the capacity of each refrigerant circuit 10, 20 can be kept relatively small, and the entire apparatus can be configured compactly. Further, by dividing the refrigerant circuit into the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20, there is an advantage that a high COP can be realized regardless of the boiling temperature. Furthermore, since a popular class heat pump can be used rather than developing a single high-COP heat pump having a large capacity, the cost performance is excellent.
[0033]
Next, although 2nd Embodiment-5th Embodiment are described, in the following embodiment, about the same function part as each embodiment, it shows with the same code | symbol and the description is abbreviate | omitted. In the following embodiments, substantially the same operations and effects as those in the first embodiment can be obtained.
[0034]
(Second Embodiment)
Although 2nd Embodiment is shown in FIG. 6, the hot water storage tank 1 is used in this embodiment. That is, the upstream side of the main circuit 32 (further upstream than the pump 35) passes through the bottom of the hot water storage tank 1, and the downstream side of the main circuit 32 (the outlet side of the second water heat exchanger 22 further The downstream side of the attachment portion is routed through the top of the hot water storage tank 1. In this embodiment, hot water from the second water heat exchanger 22 can be stored in the hot water storage tank 1. According to this embodiment, since hot water in the hot water storage tank can be used at the start of hot water supply use or at the time of mass hot water supply, inconveniences such as lack of hot water can be eliminated, and use comfort can be ensured. In addition, in FIG. 6, 2 has shown the bathtub.
[0035]
(Third embodiment)
Although the third embodiment is shown in FIG. 7, in this embodiment, the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20 recover the heat amount of the discharged hot water from a bath, a shower, or the like. That is, the waste heat recovery heat exchanger 4 is provided at the hot water discharge port 3 from a bath or shower, and the recovered heat is supplied to the outlet of the first outdoor heat exchanger 17 of the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20. Is provided at the outlet of the second outdoor heat exchanger 27. According to this embodiment, since the calorie | heat amount of discharged hot water can be utilized effectively, energy efficiency can be improved and a running cost can be reduced. In this case, since the COP of the second refrigerant circuit 20 is worse than that of the first refrigerant circuit 10, it is preferable to preferentially apply recovered heat to the second refrigerant circuit 20. The position for applying the recovered heat is not limited to the outlet side of the outdoor heat exchangers 17 and 27, but can be selected as appropriate including the inlet side. In FIG. 7, 5 is a waste heat recovery pump. Moreover, in this embodiment, the switching valve 7 is provided in the exit side of the 2nd water heat exchanger 22, and the hot water sent from the 2nd water heat exchanger 22 is sent to the hot water storage tank 1 top side and low part side. It can be switched. This is to prevent low temperature water that is not sufficiently heated from being supplied to the top of the hot water storage tank 1 and the water tap 31 immediately after the start of hot water supply.
[0036]
(Fourth embodiment)
Although the fourth embodiment is shown in FIG. 8, in this embodiment, the amount of heat of the hot water discharged from a bath, shower or the like is collected in the hot water supply circuit 30. That is, the heat exchanger 4 for recovering waste heat is provided at the hot water discharge port 3 from a bath or shower, and the recovered heat is applied to the bypass circuit 33 of the hot water supply circuit 30. According to this embodiment, since the calorie | heat amount of discharged hot water can be utilized effectively, energy efficiency can be improved and a running cost can be reduced.
[0037]
In the said 3rd Embodiment and 4th Embodiment, the heat exchanger 4 for waste heat recovery is provided in the hot water discharge port 3, and waste heat recovery is performed via a heat medium, but as shown in FIG. In addition, the hot water discharged from a bath, a shower, or the like may be stored in the tank 6, and the discharged hot water may be directly used to recover waste heat and then discharged to the outside.
[0038]
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows the fifth embodiment. In this embodiment, supercooling is applied to the condensed refrigerant on the outlet side of the second water heat exchanger 22. That is, after providing the supercooling heat exchanger 29 in the middle of the bypass circuit 33 in the hot water supply circuit 30 and allowing the condensed refrigerant from the second water heat exchanger 22 to pass through the supercooling heat exchanger 29, The heat is sent to the heat exchanger 27. According to this embodiment, it becomes possible to impart sufficient supercooling to the condensed refrigerant on the outlet side of the second water heat exchanger, and therefore, the COP in the second water heat exchanger is improved, As a result, an effect of reducing running cost by energy saving can be obtained.
[0039]
(Sixth embodiment)
In the first embodiment to the fifth embodiment, when one of the first refrigerant circuit 10 and the second refrigerant circuit 20 is broken, the remaining second refrigerant circuit 20 or first refrigerant circuit 10 is used. Is used to heat the supplied low-temperature water to high-temperature water at once. In this case, the amount of water supplied to the pump 35 is reduced (decreased to about ½) than during normal operation. As a result, even when the refrigerant circuits 10 and 20 fail, it is possible to supply high-temperature water in the remaining refrigerant circuits 20 and 10 by an emergency measure, and it is possible to prevent a decrease in comfort in use.
[0040]
Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, two refrigerant circuits are provided for the low temperature and the high temperature, but the heating temperature region may be divided into three or more stages, and the number of refrigerant circuits corresponding to the heating temperature region may be used. . Moreover, although R410a is used as a refrigerant | coolant, you may select arbitrarily from several types, such as natural refrigerant | coolants like HFC and propane. In this case, in the second refrigerant circuit 20, it is preferable to use a refrigerant having a high boiling temperature. For example, carbon dioxide refrigerant is lower than HFC refrigerant in terms of COP, but is higher than HFC refrigerant in terms of boiling temperature. Therefore, in consideration of this point, R410a may be used in the first refrigerant circuit 10, and carbon dioxide gas may be used in the second refrigerant circuit 20.
[0041]
【The invention's effect】
In the heat pump type water heater of claim 1, although the COP in the second water heat exchanger for heating the medium temperature water to the high temperature water is relatively low, the COP in the first water heat exchanger for heating the low temperature water to the medium temperature water is extremely low. Therefore, the COP of the heat pump as a whole is improved as compared with the conventional heat pump. As a result, the effect of reducing the running cost by energy saving can be obtained. In addition, since the amount of heat of the hot water discharged from the bath, shower or the like is recovered by the first refrigerant circuit and the second refrigerant circuit, energy efficiency can be improved. In this case, since the COP of the second refrigerant circuit is worse than that of the first refrigerant circuit, it is possible to further improve the COP by preferentially applying the recovered heat to the second refrigerant circuit.
[0042]
In the heat pump hot water supply apparatus according to the second aspect, it is possible to give sufficient supercooling to the condensed refrigerant on the outlet side of the second water heat exchanger. For this reason, the COP in the second water heat exchanger can be provided. As a result, the running cost can be reduced due to energy saving.
[0043]
In the heat pump type hot water heater of claim 3, for example, when this heat pump type hot water heater is used in an instantaneous water heater type, hot water in the hot water storage tank can be used at the start of hot water supply use or at the time of mass hot water supply. Inconvenience such as shortage can be solved, and use comfort can be secured.
[0045]
In the heat pump hot water supply apparatus according to the fourth aspect , the amount of heat of the hot water discharged from the bath, shower or the like is recovered in the hot water supply circuit, so that energy efficiency can be improved and running cost can be reduced.
[0046]
In the heat pump type hot water supply apparatus according to the fifth aspect , even when the refrigerant circuit fails, it is possible to supply high-temperature water in the remaining refrigerant circuits by an emergency measure, and it is possible to prevent a decrease in comfort in use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall circuit diagram showing a first embodiment of a heat pump type water heater according to the present invention.
FIG. 2 is a Mollier diagram showing the operating state of the heat pump type hot water heater.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between hot water supply temperature and COP in the first refrigerant circuit of the heat pump type hot water heater.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between hot water supply temperature and COP in a second refrigerant circuit of the heat pump type hot water heater.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the hot water temperature and COP of a conventional heat pump type hot water heater.
FIG. 6 is an overall circuit diagram showing a second embodiment of the heat pump type water heater of the present invention.
FIG. 7 is an overall circuit diagram showing a third embodiment of the heat pump type water heater of the present invention.
FIG. 8 is an overall circuit diagram showing a fourth embodiment of the heat pump type water heater of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a change in the heat recovery method for discharged hot water from a bath, shower, or the like.
FIG. 10 is an overall circuit diagram showing a fifth embodiment of the heat pump type water heater of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water storage tank 10 1st refrigerant circuit 11 1st compressor 12 1st water heat exchanger 16 1st pressure reduction mechanism 17 1st heat source side heat exchanger 20 2nd refrigerant circuit 21 2nd compressor 22 2nd water heat exchanger 26 2nd pressure reduction mechanism 27 2nd heat source side heat exchanger 29 Heat exchanger 30 for supercooling Hot water supply circuit

Claims

第１圧縮機（１１）と、第１水熱交換器（１２）と、第１減圧機構（１６）と、第１熱源側熱交換器（１７）とを順次接続して構成した第１冷媒回路（１０）と、第２圧縮機（２１）と、第２水熱交換器（２２）と、第２減圧機構（２６）と、第２熱源側熱交換器（２７）とを順次接続して構成した第２冷媒回路（２０）とを備え、低温水を上記第１水熱交換器（１２）で加熱して中温水とした後、この中温水を第２水熱交換器（２２）でさらに加熱して高温水を出湯する給湯回路（３０）を有し、風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を上記第１冷媒回路（１０）と第２冷媒回路（２０）とに回収すべく構成すると共に、第１冷媒回路（１０）よりも第２冷媒回路（２０）に優先的に回収熱を付与するようにしてあることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。A first refrigerant constructed by sequentially connecting a first compressor (11), a first water heat exchanger (12), a first pressure reducing mechanism (16), and a first heat source side heat exchanger (17). A circuit (10), a second compressor (21), a second water heat exchanger (22), a second pressure reducing mechanism (26), and a second heat source side heat exchanger (27) are connected in sequence. A second refrigerant circuit (20) configured as described above, and the low-temperature water is heated by the first water heat exchanger (12) to be intermediate temperature water, and then the intermediate temperature water is converted into the second water heat exchanger (22). It has a hot water supply circuit (30) for tapping hot water in is further heated, be recovered bath, the amount of heat the first refrigerant circuit of the discharge water from the shower or the like (10) and the second refrigerant circuit (20) while configured to, heating, wherein you have to confer preferentially recovered heat in than the first refrigerant circuit (10) a second refrigerant circuit (20) Pump water heater.

上記第２水熱交換器（２２）の出口側冷媒を、低温水と熱交換させる過冷却用熱交換器（２９）を有することを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯機。 The heat pump type water heater according to claim 1, further comprising a supercooling heat exchanger (29) for exchanging heat between the outlet-side refrigerant of the second water heat exchanger (22) and low-temperature water.

上記高温水を貯湯する貯湯タンク（１）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のヒートポンプ式給湯機。 The heat pump type hot water heater according to claim 1 or 2, further comprising a hot water storage tank (1) for storing the hot water.

風呂、シャワー等からの排出湯の熱量を給湯回路（３０）に回収すべく構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのヒートポンプ式給湯機。The heat pump type hot water heater according to any one of claims 1 to 3 , wherein the amount of heat of the hot water discharged from a bath, a shower, or the like is collected in a hot water supply circuit (30).

上記いずれかの冷媒回路（１０）（２０）が故障したときには、低温水の供給量を減じた状態で、残りの冷媒回路（２０）（１０）を運転することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかのヒートポンプ式給湯機。The remaining refrigerant circuit (20) (10) is operated in a state in which the supply amount of low-temperature water is reduced when any of the refrigerant circuits (10) (20) fails. The heat pump type water heater according to claim 4 .