JP4021375B2

JP4021375B2 - Heat pump water heater

Info

Publication number: JP4021375B2
Application number: JP2003158514A
Authority: JP
Inventors: 宣彦藤原; 竹司渡辺; 昌宏尾浜; 啓次郎國本; 立群毛; 誠一安木; 一彦丸本; 隆幸高谷; 裕介望月
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004360975A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルを複数備え、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が提案されており、例えば、貯湯タンクを備え、この貯湯タンクにあらかじめ溜めたお湯を利用する貯湯型の給湯装置が提案されている。しかし、このような貯湯型の給湯装置では、貯湯タンクが小さいと湯切れを生じる場合があり、湯切れを生じないためには大きな貯湯タンクが必要となってしまう。
そこで、貯湯タンクを利用することなく、熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型の給湯装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、瞬間湯沸かし型の給湯装置にあって、風呂追焚用熱交換器と給湯用熱交換器とを共用化したヒートポンプ給湯装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報（図１参照）
【特許文献２】
特開２００３−６５６０２号公報（図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば冬期のシャワーや風呂給湯のような大能力から、夏期の食器洗いなどの微小能力まで、給湯装置で利用される湯温範囲や湯量範囲は広く、瞬間湯沸かし型の給湯装置を用いる場合には、幅広い温度範囲や供給湯量に対応させなければならない。
しかし、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置では、圧縮機の回転数変更などによる能力制御を行っても、給湯装置で利用される湯温範囲や供給湯量に対応させることは困難である。
【０００５】
そこで本発明は、ヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置であって、幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができる広い運転能力可変幅を有し、かつ、制御性に優れ効率のよいヒートポンプ運転を行うことができるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
また、複数のヒートポンプサイクルにおける加熱対象である給湯用熱交換器の構成及びヒートポンプサイクルの制御系の構成が簡単なヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
また、複数のヒートポンプサイクル間において水流量のアンバランスが生じないヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続した複数のヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記給湯用熱交換器で加熱された温水の温度を検出する温度センサとを備え、複数の前記ヒートポンプサイクルにおける前記給湯用熱交換器の水用配管を共用化して構成するとともに、前記複数のヒートポンプサイクルでの能力制御を行っても、前記給湯用熱交換器で加熱した温水の温度が設定値より高いときには、前記複数のヒートポンプサイクルの一方の運転を停止して、前記給湯用熱交換器で加熱した温水と出水用配管からの水とを混合して設定温度とし、蛇口等の給湯端末から出湯させることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、一つの前記給湯用熱交換器に、複数の前記ヒートポンプサイクルの冷媒用配管を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置において、少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルに、風呂用熱交換器を設けたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と直列に設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器の下流側に設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と並列に設けたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルによって貯湯される貯湯タンクを備え、前記給湯用熱交換器で加熱された温水と前記貯湯タンクからの温水とを混合する第一混合手段を設けたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項８に記載のヒートポンプ給湯装置において、前記第一混合手段からの温水と水道管などからの冷水とを混合する第二混合手段を設けたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項２から請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、給湯運転モードでは、前記風呂用熱交換器を備えていない前記ヒートポンプサイクルを、前記風呂用熱交換器を備えた前記ヒートポンプサイクルに優先して運転させることを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置において、前記ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続した複数のヒートポンプサイクルと、給湯用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、給湯用熱交換器で加熱された温水の温度を検出する温度センサとを備え、複数のヒートポンプサイクルにおける給湯用熱交換器の水用配管を共用化して構成するとともに、複数のヒートポンプサイクルでの能力制御を行っても、給湯用熱交換器で加熱した温水の温度が設定値より高いときには、複数のヒートポンプサイクルの一方の運転を停止して、給湯用熱交換器で加熱した温水と出水用配管からの水とを混合して設定温度とし、蛇口等の給湯端末から出湯させることを特徴とするものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプサイクルを複数備えているので、能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において大ＣＯＰにて運転することが可能となる。したがって、シャワーや風呂給湯のような大量の湯量を使用する大能力運転から食器洗いや手洗いのような少量の湯量を使用する小能力運転まで効率よくヒートポンプを運転させることができる。また、加熱対象が同一であるため、ヒートポンプサイクルの制御系の構成が簡単であり、運転制御を単純化することができる。また、複数のヒートポンプサイクル間において水流量のバランスを維持することができるので、水流量のアンバランスが生じない。
本発明による第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、一つの給湯用熱交換器に、複数のヒートポンプサイクルの冷媒用配管を備えたものである。本実施の形態によれば、複数のヒートポンプサイクルの運転モードを切り替えることにより水の加熱を効率よく制御することができる。
本発明による第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、少なくとも一つのヒートポンプサイクルに、風呂用熱交換器を設けたものである。本実施の形態によれば、風呂加熱と給湯加熱を同時運転することができる。
本発明による第４の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、風呂用熱交換器を給湯用熱交換器と直列に設けたものである。本実施の形態によれば、風呂用熱交換器又は給湯用熱交換器の一方だけを利用する場合に、利用しない熱交換器での冷媒溜り、すなわち寝込み冷媒を防止することができ、ヒートポンプサイクルを循環させる冷媒量を適正に維持することができる。
本発明による第５の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、風呂用熱交換器を給湯用熱交換器の下流側に設けたものである。本実施の形態によれば、風呂用熱交換器を設けることによって生じる冷媒圧力損出は、給湯用熱交換器の下流側では膨張弁と同様な減圧作用となるため、給湯用熱交換器を利用した給湯運転時のＣＯＰを大きくできる。
本発明による第６の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設けたものである。本実施の形態によれば、冷媒は給湯用熱交換器をバイパスして給湯用熱交換器での放熱を無くし、風呂用熱交換器で効率よく放熱させることができる。
本発明による第７の実施の形態は、第３の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、風呂用熱交換器を給湯用熱交換器と並列に設けたものである。本実施の形態によれば、直列に設けた場合と比較して、風呂用熱交換器を備えたヒートポンプサイクルにて給湯と風呂加熱運転を同時にかつ大ＣＯＰにて行なうことができる。
本発明による第８の実施の形態は、第１から第７の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、少なくとも一つのヒートポンプサイクルによって貯湯される貯湯タンクを備え、給湯用熱交換器で加熱された温水と前記貯湯タンクからの温水とを混合する第一混合手段を設けたものである。本実施の形態によれば、ヒートポンプ運転起動時の加熱能力の不足を補うことができる。また定常時においても加熱能力が不足している場合には、その不足を補うことができる。
本発明による第９の実施の形態は、第８の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、第一混合手段からの温水と水道管などからの冷水とを混合する第二混合手段を設けたものである。本実施の形態によれば、第一混合手段から出湯する温水の湯温が設定温度より高い場合には、水道管などからの冷水を混ぜて設定温度にすることができる。
本発明による第１０の実施の形態は、第２から第９の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、給湯運転モードでは、風呂用熱交換器を備えていないヒートポンプサイクルを、風呂用熱交換器を備えたヒートポンプサイクルに優先して運転させるものである。本実施の形態によれば、風呂用熱交換器を備えたヒートポンプサイクルを、風呂加熱運転のために待機させ、指令があれば直ちに風呂加熱運転を行うことができる。
本発明による第１１の実施の形態は、第１から第１０の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものである。本実施の形態によれば、高温の湯を生成することができ、また貯湯タンクを併用する場合には高温の湯を貯留できるため貯湯タンクを小型化できる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
まず、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の冷凍回路について説明する。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、第１のヒートポンプサイクル１０と、第２のヒートポンプサイクル２０とを備えている。第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
第１のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４を順に配管で接続して構成されている。また、第１のヒートポンプサイクル１０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路１５を備え、このバイパス回路１５には制御弁１６を設けている。また、第１のヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１の温度を検出する温度センサ１０Ａ、圧縮機１１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｂ、圧縮機１１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１０Ｃ、蒸発器１４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｄ、蒸発器１４の吸入空気を検出する温度センサ１０Ｅを備えている。ここで、温度センサ１０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ１０Ｃは圧縮機１１又はヒートポンプサイクル１０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル１０に対応する蒸発器１４に送風するためのファン１７と風路１８を設けている。
一方、第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、第１のヒートポンプサイクル１０と共通の給湯用熱交換器１２、風呂用熱交換器２９、膨張弁２３、及び蒸発器２４を順に配管で接続して構成されている。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路２５を備え、このバイパス回路２５には制御弁２６を設けている。また、第２のヒートポンプサイクル２０には、圧縮機２１の温度を検出する温度センサ２０Ａ、圧縮機２１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｂ、圧縮機２１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ２０Ｃ、蒸発器２４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｄ、風呂用熱交換器２９の入口冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｆを備えている。蒸発器２４の吸入空気の検出は、温度センサ１０Ｅで兼用している。ここで、温度センサ２０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ２０Ｃは圧縮機２１又はヒートポンプサイクル２０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル２０に対応する蒸発器２４に送風するためのファン２７と風路２８を設けている。なお風路１８と風路２８は互いに独立している。
給湯用熱交換器１２には、第１のヒートポンプサイクル１０の冷媒流路１２Ｂと第２のヒートポンプサイクル２０の冷媒流路１２Ｃが設けられ、冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃはそれぞれ同一方向に冷媒が流れるように配置されている。これらの冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃに対して水用配管１２Ａが共用するように配置されており、水用配管１２Ａ内には冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃを冷媒が流れる方向と対向する方向に水が流される。したがって、水用配管１２Ａ内を流れる水は、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０のいずれか一方または両者により熱交換されて加熱される。
【０００９】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の出湯回路について説明する。
水用配管１２Ａの流入側は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。一方、水用配管１２Ａの流出側は、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を介してキッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口３９に接続されている。この出湯回路には、入水量を検出する流量センサ３０Ａ、入水温度を検出する温度センサ３０Ｂ、水用配管１２Ａの出口温度を検出する温度センサ３０Ｅ、第一混合弁３７の出口温度を検出する温度センサ３０Ｆ、及び第二混合弁３８の出口温度を検出する温度センサ３０Ｇ、給湯熱交換器１２への流入流量を検出する流量センサ３０Ｈを備えている。
【００１０】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯回路について説明する。
貯湯タンク４０の底部配管４２は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁４１を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。この底部配管４２は、循環ポンプ４３を介して水用配管１２Ａの流入側と接続されている。また、貯湯タンク４０の上部循環用配管４４は、制御弁４５を介して水用配管１２Ａの流出側と接続されている。なお、本実施例による貯湯タンク４０は、積層式の貯湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。
一方、貯湯タンク４０の上部出湯用配管５１は、第一混合弁３７に接続されている。また、貯湯タンク４０の底部配管４２から分岐させた出水用配管５２は、逆止弁５３を介して第二混合弁３８に接続されている。なお、貯湯タンク４０には、出湯温度を検出する温度センサ４０Ａの他に、貯湯タンク４０内の湯量を検出するための複数の温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄが設けられている。また、水用配管１２Ａの流入側配管には、貯湯タンク４０の底部配管４２から導出される湯温を検出する温度センサ４０Ｅが設けられている。
【００１１】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱回路について説明する。
風呂用熱交換器２９の水用配管２９Ａは、循環ポンプ６１を備えた浴槽用循環配管６２と接続されている。この浴槽用循環配管６２は、水用配管２９Ａをバイパスするバイパス配管６３と、水用配管２９Ａとバイパス配管６３とを切り換える三方弁６４とを備えている。また浴槽用循環配管６２には、浴槽水の循環量を検出する流量センサ６０Ａ、水用配管２９Ａの出口温度を検出する温度センサ６０Ｂ、浴槽水の循環温度を検出する温度センサ６０Ｃ、浴槽内の水位を検出する水位センサ６０Ｄを備えている。
なお、浴槽６０への注湯は、第二混合弁３８の下流側配管から分岐させた注湯用配管７１を用いて行うことができる。この注湯用配管７１は、浴槽用循環配管６２に接続するか、又は直接浴槽６０に導く。注湯用配管７１には、注湯弁７２及び流量を検出する流量センサ７０Ａが設けられている。
リモコン８１は、蛇口３９からの出湯温度の指示や、浴槽６０の沸き上げ温度及び沸き上げ開始などを指示し、このリモコン８１からの指示に基づいて第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを制御手段８２にて制御する。なお各種のセンサの検出値はこの制御手段８２に入力される。
【００１２】
以下、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯運転動作について説明する。
まず、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の通常の給湯運転モードについて説明する。
蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０が運転を開始する。
第１のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、膨張弁１３で減圧された後、蒸発器１４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機１１に吸入される。このとき、制御弁１６は閉状態で、バイパス回路１５には冷媒は流れない。
第２のヒートポンプサイクル２０では、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このとき、制御弁２６は閉状態と、バイパス回路２５には冷媒は流れない。
水供給配管３４から供給される水は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を順に通り、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａに導かれる。水用配管１２Ａで加熱された温水は、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を順に通り蛇口３９に導かれる。
圧縮機１１での能力制御及び膨張弁１３での開度制御は、温度センサ３０Ｅでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。同様に、圧縮機２１での能力制御及び膨張弁２３での開度制御も温度センサ３０Ｅでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ２０Ｂ、２０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。
なお、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２からの水温が設定温度よりも高い場合には、ヒートポンプサイクル１０、２０の一方の運転を停止して第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御したり、出水用配管５２から第二混合弁３８に冷水を導入して、第二混合弁３８での出口温度が設定温度となるように制御する。
また、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２からの水温が設定温度よりも低い場合には、貯湯タンク４０から第一混合弁３７に温水を導入し、第一混合弁３７での出口温度を温度センサ３０Ｆで検出して設定温度となるように制御する。さらに第一混合弁３７での出口温度が設定温度よりも低い場合は、通常全開状態の流量調整弁３１の開度を小さくし、蛇口３９からの出湯流量を少なくして第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御する。
【００１３】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯運転モードの立ち上げ制御について説明する。
圧縮機１１、２１の起動から所定の時間は、給湯用熱交換器１２で十分な放熱量を得られない。従って、蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０が運転を開始すると同時に、上部出湯用配管５１から貯湯タンク４０内の高温水を第一混合弁３７に導く。このとき、温度センサ３０Ｅと温度センサ４０Ａとの温度を検出し、温度センサ３０Ｆでの検出温度が設定温度となるように第一混合弁３７での混合割合を制御する。運転開始時には、給湯用熱交換器１２からの水温は低いため、貯湯タンク４０からの温水を多く流し、その後給湯用熱交換器１２からの水温が高まるにしたがって貯湯タンク４０からの温水を減少させる。そして給湯用熱交換器１２からの水温が十分に高まった時点で貯湯タンク４０からの出湯を停止する。
【００１４】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードについて説明する。
給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードでは、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０の運転を行わない。その他の動作は通常の給湯運転モードと同様であり、給湯運転モードの立ち上げ制御も行う。
なお、本実施例では２つのヒートポンプサイクルの場合を示しているが、３つ以上のヒートポンプサイクルを備えている場合には、給湯負荷が小さい場合の給湯運転モードと同様に、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０を、風呂加熱運転のために待機させることが好ましい。
【００１５】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転モードについて説明する。
貯湯運転モードでは、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０を運転する。なお、複数のヒートポンプサイクルの全てを運転しない場合には、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０は、運転を行わず、風呂加熱運転のために待機させることが好ましい。
貯湯運転モードでは、制御弁４５を開として循環ポンプ４３を運転する。
循環ポンプ４３の運転により、貯湯タンク４０の底部配管４２から冷水が導出され、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａに導かれる。給湯用熱交換器１２で加熱された温水は、上部循環用配管４４から貯湯タンク４０の上部に戻される。圧縮機１１、２１での能力制御は、温度センサ４０Ｅによる給湯用熱交換器１２の入口温度と、温度センサ３０Ｅによる給湯用熱交換器１２の出口温度と、流量センサ３０Ｈによる循環流量、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、２０Ｂ、２０Ｄによって制御される。貯湯タンク４０内の貯湯量は、温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄによって検出し、貯湯タンク４０内の貯湯量が所定以下であることを検出すると貯湯運転を開始し、貯湯タンク４０内の貯湯量が所定以上であることを検出すると貯湯運転を停止する。
【００１６】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱運転モードについて説明する。
浴槽加熱運転モードでは、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０の運転を行い、制御弁２６を開放する。
圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、風呂用熱交換器２９で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。
一方、循環ポンプ６１を運転し、浴槽６０内の浴槽水を浴槽用循環配管６２を介して水用配管２９Ａに導き、水用配管２９Ａで加熱された浴槽水を浴槽６０内に戻す。
圧縮機２１での能力制御及び膨張弁２３での開度制御は、温度センサ６０Ｃでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ２０Ｆ、６０Ｂ、６０Ｃ、２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ、１０Ｅからの検出値によって制御される。また、循環ポンプ６１での循環量は、流量センサ６０Ａによって制御される。浴槽６０内の温度を検出するためには、三方弁６４の切り換えによって風呂用熱交換器２９をバイパスさせ、循環ポンプ６１、バイパス配管６３、及び浴槽６０で浴槽水を循環させ、温度センサ６０Ｃにて検出を行う。
一方、浴槽６０に温水を補充する場合あるいは浴槽６０が空の状態から湯張りする場合には、注湯弁７２を開放して給湯運転モードと同様に制御し、注湯用配管７１から浴槽用循環配管６２を介して浴槽６０に給湯する。
【００１７】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の除霜運転モードについて説明する。
第１のヒートポンプサイクル１０での除霜運転は、制御弁１６を開、膨張弁１３を開放し、ファン１７の動作を停止して行う。
圧縮機１１で圧縮された冷媒は、バイパス回路１５を流れ、蒸発器１４にて放熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このように蒸発器１４にて所定時間冷媒を放熱させることで、蒸発器１４の除霜を行うことができる。なお、着霜の検出は、温度センサ１０Ｄ及び温度センサ１０Ｅによって行う。
第２のヒートポンプサイクル２０での除霜運転は、制御弁２６を開、膨張弁２３を開放し、ファン２７の動作を停止して行う。
圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、蒸発器２４にて放熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このように蒸発器２４にて所定時間冷媒を放熱させることで、蒸発器２４の除霜を行うことができる。なお、着霜の検出は、温度センサ２０Ｄ及び温度センサ１０Ｅによって行う。
【００１８】
図２は、本発明の他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置では、第２のヒートポンプサイクル２０において、給湯用熱交換器１２と風呂用熱交換器２９とを並列に設けている。また給湯用熱交換器１２への冷媒流入を制御する制御弁２６Ａを追加している。
すなわち、第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、制御弁２６Ａ、給湯用熱交換器１２、膨張弁２３、及び蒸発器２４を順に配管で接続して構成されている。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路２５を備え、このバイパス回路２５に、制御弁２６と風呂用熱交換器２９とを設けている。
本実施例における通常の給湯運転モードでは、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このとき、制御弁２６は閉状態で、バイパス回路２５には冷媒は流れないため、風呂用熱交換器２９にも冷媒は流れない。
本実施例における浴槽加熱運転モードでは、制御弁２６を開放し、制御弁２６Ａを閉止する。圧縮機２１で圧縮された冷媒は、バイパス回路２５を流れ、風呂用熱交換器２９で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。
ヒートポンプサイクル２０にて給湯、浴槽加熱の同時運転を行なう場合は制御弁２６、２６Ａを開放し給湯用熱交換器１２と風呂用熱交換器２９の両方に冷媒を供給する。
本実施例によれば、給湯用熱交換器１２と風呂用熱交換器２９とを直列に設けた場合と比較して、風呂用熱交換器２９にも給湯用熱交換器１２と同温度の高温冷媒を供給できるので、同時運転時のＣＯＰを大きくすることができる。
【００１９】
なお、上記実施例では冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。
また、上記実施例では、第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを備えたヒートポンプ給湯装置を用いて説明したが、３つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。
また、上記実施例では、給湯用熱交換器１２で加熱された温水を、上部循環用配管４４から貯湯タンク４０の上部に戻す構成としたが、上部循環用配管４４及び制御弁４５を設けることなく、第一混合弁３７を用いて給湯用熱交換器１２の出口側配管と上部出湯用配管５１とを連通させることで、給湯用熱交換器１２で加熱された温水を貯湯タンク４０の上部に戻す構成としてもよい。
また、上記実施例では、風呂用熱交換器２９を備えた第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器１２と風呂用熱交換器２９とを選択的に利用する場合を説明したが、給湯用熱交換器１２及び風呂用熱交換器２９を同時に利用した運転を行うこともできる。
また、第１のヒートポンプサイクル１０にも第２のヒートポンプサイクル２０と同じ構成となるように風呂用熱交換器２９を設けてもよく、また風呂用熱交換器２９以外の利用側熱交換器としてもよい。
また、上記説明における風呂用熱交換器２９を、例えば床暖房や温風機器などの暖房用熱交換器として利用することもできる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、ヒートポンプサイクルを利用した瞬間湯沸かし型の給湯装置であって、大能力から微小能力まで幅広い温度範囲や供給湯量に対応することができ、かつ、制御性に優れ効率のよいヒートポンプ運転を行うことができる。
また、複数のヒートポンプサイクルにおける加熱対象である給湯用熱交換器の水用配管を共用化することにより、ヒートポンプサイクルの構成及び制御系の構成を簡単にすることができる。
また、複数のヒートポンプサイクル間において水流量のアンバランスが生じないヒートポンプ運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【符号の説明】
１０第１のヒートポンプサイクル
１１圧縮機
１２給湯用熱交換器
１２Ａ水用配管
１２Ｂ、１２Ｃ冷媒流路
１３膨張弁
１４蒸発器
２０第２のヒートポンプサイクル
２１圧縮機
２３膨張弁
２４蒸発器
２９風呂用熱交換器
３７第一混合弁
３８第二混合弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention comprises a plurality of heat pump cycles in which a compressor, a hot water supply heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping, and the hot water heated by the hot water supply heat exchanger is discharged as it is. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a hot water supply apparatus using a heat pump cycle has been proposed. For example, a hot water storage type hot water supply apparatus that includes a hot water storage tank and uses hot water stored in advance in the hot water storage tank has been proposed. However, in such a hot water storage type hot water supply apparatus, when the hot water storage tank is small, hot water may run out. To prevent hot water from running out, a large hot water storage tank is required.
In view of this, there has been proposed an instantaneous water heater type hot water supply apparatus in which hot water heated by a heat exchanger is directly discharged without using a hot water storage tank (see, for example, Patent Document 1).
There has also been proposed a heat pump hot-water supply apparatus that is an instantaneous water heater type hot water supply apparatus that shares a bath-replacement heat exchanger and a hot-water supply heat exchanger (see, for example, Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2-223767 (refer to FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2003-65602 A (see FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the hot water temperature range and hot water range used in the hot water supply device is wide, from a large capacity such as a shower and bath hot water supply in the winter season to a minute capacity such as dishwashing in the summer time, when using an instantaneous water heater type hot water supply device Must accommodate a wide temperature range and hot water supply.
However, in a hot water supply device using a heat pump cycle, it is difficult to correspond to the hot water temperature range and the amount of hot water used in the hot water supply device even if capacity control is performed by changing the rotation speed of the compressor.
[0005]
Therefore, the present invention is an instantaneous water heater using a heat pump cycle, has a wide range of operating capacity capable of dealing with a wide temperature range and the amount of hot water supply, and has excellent controllability and efficiency. It aims at providing the heat pump hot-water supply apparatus which can perform heat pump driving | operation.
It is another object of the present invention to provide a heat pump hot water supply apparatus having a simple configuration of a heat exchanger for hot water supply that is a heating target in a plurality of heat pump cycles and a configuration of a control system of the heat pump cycle.
It is another object of the present invention to provide a heat pump water heater that does not cause an imbalance in water flow rate among a plurality of heat pump cycles.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The heat pump hot water supply apparatus according to the first aspect of the present invention includes a plurality of heat pump cycles in which a compressor, a hot water heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping, and hot water heated by the hot water heat exchanger. A hot water storage tank for storing hot water and a temperature sensor for detecting the temperature of the hot water heated by the hot water heat exchanger, and the water piping of the hot water heat exchanger in the plurality of heat pump cycles is shared. In addition, even if the capacity control in the plurality of heat pump cycles is performed, when the temperature of the hot water heated by the heat exchanger for hot water supply is higher than a set value, the operation of one of the plurality of heat pump cycles is stopped, The hot water heated by the hot water supply heat exchanger and the water from the outlet pipe are mixed to obtain a set temperature, and the hot water is discharged from a hot water supply terminal such as a faucet .
According to a second aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first aspect, one of the hot water supply heat exchangers includes a plurality of refrigerant pipes of the heat pump cycle.
According to a third aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first aspect, a heat exchanger for bath is provided in at least one of the heat pump cycles.
According to a fourth aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to the third aspect, the bath heat exchanger is provided in series with the hot water supply heat exchanger.
According to a fifth aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply device according to the third aspect, the bath heat exchanger is provided on the downstream side of the hot water heat exchanger.
The present invention according to claim 6 is the heat pump hot water supply apparatus according to claim 3, wherein a bypass circuit for bypassing the heat exchanger for hot water supply is provided.
According to a seventh aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply device according to the third aspect, the bath heat exchanger is provided in parallel with the hot water heat exchanger.
The present invention according to claim 8 is the heat pump hot water supply apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a hot water storage tank that stores hot water by at least one of the heat pump cycles, and is heated by the heat exchanger for hot water supply. And a first mixing means for mixing the hot water and the hot water from the hot water storage tank.
The present invention according to claim 9 is the heat pump hot water supply apparatus according to claim 8, further comprising a second mixing means for mixing hot water from the first mixing means and cold water from a water pipe or the like. To do.
According to a tenth aspect of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to any one of the second to ninth aspects, in the hot water supply operation mode, the heat pump cycle that does not include the bath heat exchanger is used for the bath. The heat pump cycle including the heat exchanger is operated in preference to the heat pump cycle.
The present invention according to claim 11 is the heat pump hot water supply apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the refrigerant used in the heat pump cycle is carbon dioxide, and the high pressure side is operated in a state exceeding a critical pressure. It is characterized by.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The heat pump hot water supply apparatus according to the first embodiment of the present invention is heated by a plurality of heat pump cycles in which a compressor, a hot water supply heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping, and a hot water supply heat exchanger. a hot water storage tank for hot water storage hot water, and a temperature sensor for detecting the temperature of the heated hot water in the hot water supply heat exchanger, constructed by sharing the water pipe of the hot-water heat exchanger in the plurality of heat pump cycles At the same time, if the temperature of the hot water heated by the hot water supply heat exchanger is higher than the set value even if capacity control is performed in multiple heat pump cycles, the operation of one of the multiple heat pump cycles is stopped and heat exchange for hot water supply is performed. The hot water heated by the vessel and the water from the outlet pipe are mixed to obtain a set temperature, and the hot water is discharged from a hot water supply terminal such as a faucet . According to the present embodiment, since a plurality of heat pump cycles are provided, it is possible to switch the number of operating heat pump cycles according to the capacity and to operate with a large COP with a wide capacity. Therefore, the heat pump can be efficiently operated from a large capacity operation using a large amount of hot water such as a shower or hot water supply to a small capacity operation using a small amount of hot water such as dishwashing or hand washing. Moreover, since the heating object is the same, the configuration of the control system of the heat pump cycle is simple, and the operation control can be simplified. Moreover, since the balance of the water flow rate can be maintained between the plurality of heat pump cycles, the water flow rate is not unbalanced.
According to a second embodiment of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first embodiment, one hot water supply heat exchanger is provided with refrigerant pipes for a plurality of heat pump cycles. According to the present embodiment, it is possible to efficiently control the heating of water by switching the operation modes of a plurality of heat pump cycles.
In the heat pump hot water supply apparatus according to the first embodiment, a third embodiment according to the present invention is provided with a bath heat exchanger in at least one heat pump cycle. According to the present embodiment, bath heating and hot water heating can be operated simultaneously.
According to a fourth embodiment of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to the third embodiment, a bath heat exchanger is provided in series with a hot water supply heat exchanger. According to the present embodiment, when only one of the heat exchanger for bath or the heat exchanger for hot water supply is used, it is possible to prevent the accumulation of refrigerant in the heat exchanger that is not used, that is, the sleeping refrigerant, and the heat pump cycle. It is possible to maintain the amount of refrigerant circulating in a proper manner.
The fifth embodiment according to the present invention is a heat pump hot water supply apparatus according to the third embodiment, in which a bath heat exchanger is provided on the downstream side of the hot water supply heat exchanger. According to the present embodiment, the refrigerant pressure loss caused by providing the bath heat exchanger has a pressure reducing action similar to that of the expansion valve on the downstream side of the hot water heat exchanger. COP can be increased during hot water supply operation.
The sixth embodiment of the present invention is a heat pump hot water supply apparatus according to the third embodiment, in which a bypass circuit for bypassing the hot water supply heat exchanger is provided. According to the present embodiment, the refrigerant bypasses the hot water supply heat exchanger, eliminates heat radiation in the hot water supply heat exchanger, and can efficiently dissipate heat in the bath heat exchanger.
The seventh embodiment according to the present invention is a heat pump hot water supply apparatus according to the third embodiment, wherein a bath heat exchanger is provided in parallel with a hot water supply heat exchanger. According to the present embodiment, hot water supply and bath heating operation can be performed simultaneously and with a large COP in a heat pump cycle provided with a heat exchanger for bath, as compared with the case where they are provided in series.
According to an eighth embodiment of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to any of the first to seventh embodiments, hot water is provided with a hot water storage tank that is stored by at least one heat pump cycle, and is heated by a heat exchanger for hot water supply. And a first mixing means for mixing the hot water from the hot water storage tank. According to the present embodiment, it is possible to make up for a lack of heating capacity at the start of heat pump operation. In addition, when the heating capacity is insufficient even in the steady state, the shortage can be compensated.
The ninth embodiment of the present invention is a heat pump hot water supply apparatus according to the eighth embodiment, in which second mixing means for mixing hot water from the first mixing means and cold water from a water pipe or the like is provided. is there. According to this embodiment, when the hot water temperature discharged from the first mixing means is higher than the set temperature, the cold water from a water pipe or the like can be mixed to reach the set temperature.
According to a tenth embodiment of the present invention, in the heat pump hot water supply apparatus according to the second to ninth embodiments, in the hot water supply operation mode, a heat pump cycle that does not include a bath heat exchanger is replaced with a bath heat exchanger. It is operated in preference to the heat pump cycle provided. According to the present embodiment, the heat pump cycle provided with the heat exchanger for bath can be put on standby for the bath heating operation, and if there is a command, the bath heating operation can be performed immediately.
In the eleventh embodiment of the present invention, in the heat pump water heater according to the first to tenth embodiments, the refrigerant used in the heat pump cycle is carbon dioxide, and the high pressure side is operated in a state exceeding the critical pressure. . According to the present embodiment, hot water can be generated, and when a hot water storage tank is used in combination, the hot water can be stored, so that the hot water storage tank can be downsized.
[0008]
【Example】
Hereinafter, a heat pump water heater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a heat pump water heater according to an embodiment of the present invention.
First, the refrigeration circuit of the heat pump water heater according to the present embodiment will be described.
The heat pump hot water supply apparatus according to the present embodiment includes a first heat pump cycle 10 and a second heat pump cycle 20. The first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle 20 preferably use carbon dioxide as a refrigerant and operate in a state where the critical pressure is exceeded on the high pressure side.
The first heat pump cycle 10 is configured by connecting a compressor 11, a hot water supply heat exchanger 12, an expansion valve 13, and an evaporator 14 in order by piping. The first heat pump cycle 10 includes a bypass circuit 15 that bypasses the hot water supply heat exchanger 12, and the bypass circuit 15 is provided with a control valve 16. Further, the first heat pump cycle 10 includes a temperature sensor 10 A that detects the temperature of the compressor 11, a temperature sensor 10 B that detects the temperature of refrigerant discharged from the compressor 11, and a pressure that detects the pressure of refrigerant discharged from the compressor 11. A sensor 10C, a temperature sensor 10D that detects a low-pressure refrigerant temperature on the outlet side of the evaporator 14, and a temperature sensor 10E that detects intake air of the evaporator 14 are provided. Here, the temperature sensor 10 A detects cold start, and the pressure sensor 10 C detects abnormality of the compressor 11 or the heat pump cycle 10. Further, a fan 17 and an air passage 18 for blowing air to the evaporator 14 corresponding to the heat pump cycle 10 are provided.
On the other hand, in the second heat pump cycle 20, a compressor 21, a hot water supply heat exchanger 12 common to the first heat pump cycle 10, a bath heat exchanger 29, an expansion valve 23, and an evaporator 24 are sequentially connected by piping. Configured. The second heat pump cycle 20 includes a bypass circuit 25 that bypasses the hot water supply heat exchanger 12, and the bypass circuit 25 is provided with a control valve 26. The second heat pump cycle 20 includes a temperature sensor 20A that detects the temperature of the compressor 21, a temperature sensor 20B that detects the temperature of refrigerant discharged from the compressor 21, and a pressure that detects the pressure of refrigerant discharged from the compressor 21. A sensor 20C, a temperature sensor 20D that detects the low-pressure refrigerant temperature on the outlet side of the evaporator 24, and a temperature sensor 20F that detects the inlet refrigerant temperature of the bath heat exchanger 29 are provided. The temperature sensor 10E is also used to detect the intake air of the evaporator 24. Here, the temperature sensor 20A detects a cold start, and the pressure sensor 20C detects an abnormality of the compressor 21 or the heat pump cycle 20. Further, a fan 27 and an air passage 28 for blowing air to the evaporator 24 corresponding to the heat pump cycle 20 are provided. The air passage 18 and the air passage 28 are independent of each other.
The hot water supply heat exchanger 12 is provided with a refrigerant channel 12B of the first heat pump cycle 10 and a refrigerant channel 12C of the second heat pump cycle 20, and the refrigerant channel 12B and the refrigerant channel 12C are respectively in the same direction. It arrange | positions so that a refrigerant | coolant may flow. The water pipe 12A is disposed so as to be shared with the refrigerant flow path 12B and the refrigerant flow path 12C, and the refrigerant flows in the water flow pipe 12A through the refrigerant flow path 12B and the refrigerant flow path 12C. Water flows in the opposite direction. Therefore, the water flowing through the water pipe 12A is heated by heat exchange by one or both of the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle 20.
[0009]
Next, the hot water supply circuit of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
The inflow side of the water pipe 12 A is connected to a water supply pipe 34 such as a water pipe via a flow rate adjusting valve 31, a pressure reducing valve 32, and a check valve 33. On the other hand, the outflow side of the water pipe 12A is connected to a hot water supply faucet 39 such as a kitchen or a washroom through a check valve 36, a first mixing valve 37, and a second mixing valve 38. The hot water circuit includes a flow rate sensor 30A for detecting the amount of incoming water, a temperature sensor 30B for detecting the incoming water temperature, a temperature sensor 30E for detecting the outlet temperature of the water pipe 12A, and a temperature for detecting the outlet temperature of the first mixing valve 37. A sensor 30F, a temperature sensor 30G that detects the outlet temperature of the second mixing valve 38, and a flow rate sensor 30H that detects the inflow rate to the hot water supply heat exchanger 12 are provided.
[0010]
Next, a hot water storage circuit of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
A bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 is connected to a water supply pipe 34 such as a water pipe via a flow rate adjusting valve 31, a pressure reducing valve 32, and a check valve 41. The bottom pipe 42 is connected to the inflow side of the water pipe 12 A via the circulation pump 43. The upper circulation pipe 44 of the hot water storage tank 40 is connected to the outflow side of the water pipe 12 A via the control valve 45. The hot water storage tank 40 according to the present embodiment is a stacked hot water storage tank, and is configured so that stirring in the tank is prevented and high temperature water is accumulated at the top and low temperature water is accumulated at the bottom.
On the other hand, the upper hot water supply pipe 51 of the hot water storage tank 40 is connected to the first mixing valve 37. Further, a water discharge pipe 52 branched from the bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 is connected to the second mixing valve 38 via a check valve 53. The hot water storage tank 40 is provided with a plurality of temperature sensors 40B, 40C and 40D for detecting the amount of hot water in the hot water storage tank 40 in addition to the temperature sensor 40A for detecting the temperature of the hot water. In addition, a temperature sensor 40E that detects the hot water temperature derived from the bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 is provided in the inflow side pipe of the water pipe 12A.
[0011]
Next, the bathtub heating circuit of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
The water pipe 29 A of the bath heat exchanger 29 is connected to a bathtub circulation pipe 62 including a circulation pump 61. The bathtub circulation pipe 62 includes a bypass pipe 63 that bypasses the water pipe 29 A, and a three-way valve 64 that switches between the water pipe 29 A and the bypass pipe 63. The circulation pipe 62 for bathtubs includes a flow sensor 60A for detecting the circulation amount of the bathtub water, a temperature sensor 60B for detecting the outlet temperature of the water pipe 29A, a temperature sensor 60C for detecting the circulation temperature of the bathtub water, A water level sensor 60D for detecting the water level is provided.
In addition, the pouring to the bathtub 60 can be performed using the pouring pipe 71 branched from the downstream pipe of the second mixing valve 38. The pouring pipe 71 is connected to the bathtub circulation pipe 62 or directly led to the bathtub 60. The pouring pipe 71 is provided with a pouring valve 72 and a flow rate sensor 70A for detecting the flow rate.
The remote controller 81 instructs the hot water temperature from the faucet 39, the boiling temperature of the bathtub 60, the start of boiling, and the like. Based on the instructions from the remote controller 81, the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle. 20 is controlled by the control means 82. The detection values of various sensors are input to this control means 82.
[0012]
Hereinafter, the hot water supply operation of the heat pump hot water supply apparatus according to the present embodiment will be described.
First, the normal hot water supply operation mode of the heat pump hot water supply apparatus according to the present embodiment will be described.
The opening of the faucet 39 is detected by the flow sensor 30A, and the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle 20 start operation.
In the first heat pump cycle 10, the refrigerant compressed by the compressor 11 dissipates heat in the hot water supply heat exchanger 12, is depressurized by the expansion valve 13, absorbs heat in the evaporator 14, and is compressed in a gas state. 11 is inhaled. At this time, the control valve 16 is closed and no refrigerant flows into the bypass circuit 15.
In the second heat pump cycle 20, the refrigerant compressed by the compressor 21 dissipates heat in the hot water supply heat exchanger 12, is depressurized by the expansion valve 23, absorbs heat in the evaporator 24, and is compressed in a gas state. 21 is inhaled. At this time, the control valve 26 is in a closed state, and no refrigerant flows into the bypass circuit 25.
Water supplied from the water supply pipe 34 passes through the flow rate adjustment valve 31, the pressure reducing valve 32, and the check valve 33 in order, and is led to the water pipe 12 A of the hot water supply heat exchanger 12. The hot water heated by the water pipe 12A passes through the check valve 36, the first mixing valve 37, and the second mixing valve 38 in order, and is led to the faucet 39.
In the capacity control in the compressor 11 and the opening degree control in the expansion valve 13, the temperature sensors 10B, 10D, 10E, and the flow rate sensor 30A are set so that the temperature detected by the temperature sensor 30E approaches the hot water temperature set by the remote controller 81. , Controlled by the detected value from 30H. Similarly, in the capacity control in the compressor 21 and the opening degree control in the expansion valve 23, the temperature sensors 20B, 20D, 10E, the flow rate are set so that the temperature detected by the temperature sensor 30E approaches the hot water temperature set by the remote controller 81. It is controlled by the detection values from the sensors 30A and 30H.
Even if the capacity control in the heat pump cycles 10 and 20 is performed, if the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 is higher than the set temperature, one of the heat pump cycles 10 and 20 is stopped and the first operation is stopped. Control is performed so that the outlet temperature at the mixing valve 37 becomes the set temperature, or cold water is introduced into the second mixing valve 38 from the outlet pipe 52 so that the outlet temperature at the second mixing valve 38 becomes the set temperature. To control.
Further, even when the capacity control in the heat pump cycles 10 and 20 is performed, when the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 is lower than the set temperature, hot water is introduced from the hot water storage tank 40 to the first mixing valve 37, The outlet temperature at the first mixing valve 37 is detected by the temperature sensor 30F and controlled to reach the set temperature. Further, when the outlet temperature at the first mixing valve 37 is lower than the set temperature, the first mixing valve 37 reduces the opening degree of the flow regulating valve 31 that is normally fully opened and reduces the amount of hot water discharged from the faucet 39. The outlet temperature is controlled to be the set temperature.
[0013]
Next, start-up control in the hot water supply operation mode of the heat pump hot water supply apparatus according to the present embodiment will be described.
A sufficient amount of heat radiation cannot be obtained by the hot water supply heat exchanger 12 for a predetermined time after the compressors 11 and 21 are started. Accordingly, the opening of the faucet 39 is detected by the flow rate sensor 30A, and the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle 20 start operation, and at the same time, the hot water in the hot water storage tank 40 is supplied from the upper hot water discharge pipe 51. Lead to one mixing valve 37. At this time, the temperature of the temperature sensor 30E and the temperature sensor 40A is detected, and the mixing ratio in the first mixing valve 37 is controlled so that the temperature detected by the temperature sensor 30F becomes the set temperature. At the start of operation, since the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 is low, a large amount of hot water flows from the hot water storage tank 40, and then the hot water from the hot water storage tank 40 decreases as the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 increases. . When the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 is sufficiently increased, the hot water from the hot water storage tank 40 is stopped.
[0014]
Next, a hot water supply operation mode when the hot water supply load of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment is small will be described.
In the hot water supply operation mode when the hot water supply load is small, the second heat pump cycle 20 including the bath heat exchanger 29 is not operated. Other operations are the same as those in the normal hot water supply operation mode, and start-up control of the hot water supply operation mode is also performed.
In the present embodiment, the case of two heat pump cycles is shown, but when three or more heat pump cycles are provided, the heat exchanger for bath is similar to the hot water supply operation mode when the hot water supply load is small. It is preferable that the second heat pump cycle 20 provided with 29 is put on standby for bath heating operation.
[0015]
Next, the hot water storage operation mode of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
In the hot water storage operation mode, the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle 20 are operated. When not operating all of the plurality of heat pump cycles, it is preferable that the second heat pump cycle 20 including the bath heat exchanger 29 is not operated and is kept on standby for a bath heating operation.
In the hot water storage operation mode, the control valve 45 is opened and the circulation pump 43 is operated.
By the operation of the circulation pump 43, cold water is led out from the bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 and led to the water pipe 12 A of the hot water supply heat exchanger 12. The hot water heated by the hot water supply heat exchanger 12 is returned to the upper part of the hot water storage tank 40 from the upper circulation pipe 44. The capacity control in the compressors 11 and 21 includes an inlet temperature of the hot water heat exchanger 12 by the temperature sensor 40E, an outlet temperature of the hot water heat exchanger 12 by the temperature sensor 30E, a circulating flow rate by the flow sensor 30H, and a temperature sensor. Controlled by 10B, 10D, 10E, 20B, 20D. The amount of hot water stored in the hot water storage tank 40 is detected by the temperature sensors 40B, 40C, 40D. When the amount of hot water stored in the hot water storage tank 40 is detected to be below a predetermined value, the hot water storage operation is started. When it is detected that the temperature exceeds the predetermined value, the hot water storage operation is stopped.
[0016]
Next, the bathtub heating operation mode of the heat pump water heater according to the present embodiment will be described.
In the bathtub heating operation mode, the second heat pump cycle 20 including the bath heat exchanger 29 is operated, and the control valve 26 is opened.
The refrigerant compressed by the compressor 21 flows through the bypass circuit 25, dissipates heat in the bath heat exchanger 29, is decompressed by the expansion valve 23, absorbs heat in the evaporator 24, and enters the compressor 21 in a gas state. Inhaled.
On the other hand, the circulation pump 61 is operated, the bathtub water in the bathtub 60 is guided to the water pipe 29 A via the bathtub circulation pipe 62, and the bathtub water heated by the water pipe 29 A is returned into the bathtub 60.
In the capacity control in the compressor 21 and the opening degree control in the expansion valve 23, the temperature sensors 20F, 60B, 60C, 20B, and 20D are set so that the temperature detected by the temperature sensor 60C approaches the hot water temperature set by the remote controller 81. , 20F, 10E. The circulation amount in the circulation pump 61 is controlled by the flow sensor 60A. In order to detect the temperature in the bathtub 60, the bath heat exchanger 29 is bypassed by switching the three-way valve 64, and the bathtub water is circulated by the circulation pump 61, the bypass pipe 63, and the bathtub 60, and the temperature sensor 60C is passed through. To detect.
On the other hand, when hot water is added to the bathtub 60 or when the bathtub 60 is filled with water from an empty state, the hot water supply valve 72 is opened and controlled in the same manner as in the hot water supply operation mode, and the hot water supply pipe 71 is used for the bathtub. Hot water is supplied to the bathtub 60 via the circulation pipe 62.
[0017]
Next, the defrosting operation mode of the heat pump water heater according to the present embodiment will be described.
The defrosting operation in the first heat pump cycle 10 is performed by opening the control valve 16, opening the expansion valve 13, and stopping the operation of the fan 17.
The refrigerant compressed by the compressor 11 flows through the bypass circuit 15, dissipates heat in the evaporator 14, and is sucked into the compressor 21 in a gas state. In this way, the evaporator 14 can be defrosted by dissipating the refrigerant in the evaporator 14 for a predetermined time. The detection of frost formation is performed by the temperature sensor 10D and the temperature sensor 10E.
The defrosting operation in the second heat pump cycle 20 is performed by opening the control valve 26, opening the expansion valve 23, and stopping the operation of the fan 27.
The refrigerant compressed by the compressor 21 flows through the bypass circuit 25, dissipates heat in the evaporator 24, and is sucked into the compressor 21 in a gas state. In this way, the evaporator 24 can be defrosted by dissipating the refrigerant in the evaporator 24 for a predetermined time. The detection of frost formation is performed by the temperature sensor 20D and the temperature sensor 10E.
[0018]
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a heat pump water heater according to another embodiment of the present invention.
In the heat pump hot water supply apparatus according to the present embodiment, in the second heat pump cycle 20, the hot water supply heat exchanger 12 and the bath heat exchanger 29 are provided in parallel. Further, a control valve 26A for controlling the refrigerant inflow to the hot water supply heat exchanger 12 is added.
That is, the second heat pump cycle 20 is configured by connecting the compressor 21, the control valve 26A, the hot water heat exchanger 12, the expansion valve 23, and the evaporator 24 in this order by piping. The second heat pump cycle 20 includes a bypass circuit 25 that bypasses the hot water supply heat exchanger 12, and a control valve 26 and a bath heat exchanger 29 are provided in the bypass circuit 25.
In the normal hot water supply operation mode in this embodiment, the refrigerant compressed by the compressor 21 dissipates heat in the hot water supply heat exchanger 12, is decompressed by the expansion valve 23, then absorbs heat in the evaporator 24, and is in a gas state Is sucked into the compressor 21. At this time, since the control valve 26 is closed and no refrigerant flows through the bypass circuit 25, no refrigerant flows through the bath heat exchanger 29.
In the bathtub heating operation mode in this embodiment, the control valve 26 is opened and the control valve 26A is closed. The refrigerant compressed by the compressor 21 flows through the bypass circuit 25, dissipates heat in the bath heat exchanger 29, is decompressed by the expansion valve 23, absorbs heat in the evaporator 24, and enters the compressor 21 in a gas state. Inhaled.
When simultaneous operation of hot water supply and bathtub heating is performed in the heat pump cycle 20, the control valves 26 and 26 A are opened, and the refrigerant is supplied to both the hot water supply heat exchanger 12 and the bath heat exchanger 29.
According to this embodiment, compared to the case where the hot water supply heat exchanger 12 and the bath heat exchanger 29 are provided in series, the bath heat exchanger 29 has the same temperature as the hot water supply heat exchanger 12. Since a high-temperature refrigerant can be supplied, the COP during simultaneous operation can be increased.
[0019]
In the above embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant. However, other refrigerants such as R410A refrigerant and HC refrigerant may be used as the refrigerant.
Moreover, although the said Example demonstrated using the heat pump hot-water supply apparatus provided with the 1st heat pump cycle 10 and the 2nd heat pump cycle 20, you may use three or more heat pump cycles.
In the above embodiment, the hot water heated by the hot water supply heat exchanger 12 is returned to the upper part of the hot water storage tank 40 from the upper circulation pipe 44. However, the upper circulation pipe 44 and the control valve 45 are provided. Instead, the hot water heated by the hot water supply heat exchanger 12 is connected to the upper part of the hot water storage tank 40 by connecting the outlet side pipe of the hot water supply heat exchanger 12 and the upper hot water supply pipe 51 using the first mixing valve 37. It is good also as a structure returned to.
Moreover, in the said Example, although the 2nd heat pump cycle 20 provided with the heat exchanger 29 for baths demonstrated the case where the heat exchanger 12 for hot water supply and the heat exchanger 29 for baths were selectively utilized, It is also possible to perform an operation using the hot water supply heat exchanger 12 and the bath heat exchanger 29 simultaneously.
The first heat pump cycle 10 may also be provided with a bath heat exchanger 29 so as to have the same configuration as the second heat pump cycle 20, and as a use side heat exchanger other than the bath heat exchanger 29. Also good.
Moreover, the heat exchanger 29 for baths in the above description can also be used as a heat exchanger for heating such as floor heating and hot air equipment.
[0020]
【The invention's effect】
The present invention is an instantaneous water heater using a heat pump cycle, which can cope with a wide temperature range and a large amount of hot water supply from a large capacity to a small capacity, and has excellent controllability and efficient heat pump operation. It can be carried out.
Further, by sharing the water piping of the hot water supply heat exchanger that is the heating target in the plurality of heat pump cycles, the configuration of the heat pump cycle and the configuration of the control system can be simplified.
Further, it is possible to perform a heat pump operation that does not cause an imbalance in water flow rate among a plurality of heat pump cycles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a heat pump water heater according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a heat pump water heater according to another embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st heat pump cycle 11 Compressor 12 Heat exchanger for hot water supply 12A Water piping 12B, 12C Refrigerant flow path 13 Expansion valve 14 Evaporator 20 2nd heat pump cycle 21 Compressor 23 Expansion valve 24 Evaporator 29 Bath heat Exchanger 37 First mixing valve 38 Second mixing valve

Claims

圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続した複数のヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、前記給湯用熱交換器で加熱された温水の温度を検出する温度センサとを備え、複数の前記ヒートポンプサイクルにおける前記給湯用熱交換器の水用配管を共用化して構成するとともに、前記複数のヒートポンプサイクルでの能力制御を行っても、前記給湯用熱交換器で加熱した温水の温度が設定値より高いときには、前記複数のヒートポンプサイクルの一方の運転を停止して、前記給湯用熱交換器で加熱した温水と出水用配管からの水とを混合して設定温度とし、蛇口等の給湯端末から出湯させることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。A plurality of heat pump cycles in which a compressor, a hot water heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping, a hot water storage tank for storing hot water heated by the hot water heat exchanger, and the hot water heat exchanger And a temperature sensor that detects the temperature of the hot water heated by the heat pump, and configured to share the water piping of the hot water heat exchanger in the plurality of heat pump cycles, and control the capacity in the plurality of heat pump cycles Even if it is performed, when the temperature of the hot water heated by the hot water supply heat exchanger is higher than a set value, the operation of one of the plurality of heat pump cycles is stopped, and the hot water heated by the hot water supply heat exchanger and the outlet A heat pump hot water supply apparatus characterized in that water from a pipe is mixed to obtain a set temperature, and hot water is discharged from a hot water supply terminal such as a faucet .

一つの前記給湯用熱交換器に、複数の前記ヒートポンプサイクルの冷媒用配管を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 1, wherein one hot water supply heat exchanger includes a plurality of refrigerant pipes for the heat pump cycle.

少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルに、風呂用熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 1, wherein a bath heat exchanger is provided in at least one of the heat pump cycles.

前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と直列に設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 3, wherein the bath heat exchanger is provided in series with the hot water supply heat exchanger.

前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器の下流側に設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 3, wherein the bath heat exchanger is provided downstream of the hot water supply heat exchanger.

前記給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 3, further comprising a bypass circuit that bypasses the hot water supply heat exchanger.

前記風呂用熱交換器を前記給湯用熱交換器と並列に設けたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 3, wherein the bath heat exchanger is provided in parallel with the hot water supply heat exchanger.

少なくとも一つの前記ヒートポンプサイクルによって貯湯される貯湯タンクを備え、前記給湯用熱交換器で加熱された温水と前記貯湯タンクからの温水とを混合する第一混合手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 A hot water storage tank for storing hot water by at least one of the heat pump cycles is provided, and first mixing means is provided for mixing hot water heated by the heat exchanger for hot water supply and hot water from the hot water storage tank. The heat pump hot-water supply apparatus in any one of Claims 1-7.

前記第一混合手段からの温水と水道管などからの冷水とを混合する第二混合手段を設けたことを特徴とする請求項８に記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to claim 8, further comprising second mixing means for mixing hot water from the first mixing means and cold water from a water pipe or the like.

給湯運転モードでは、前記風呂用熱交換器を備えていない前記ヒートポンプサイクルを、前記風呂用熱交換器を備えた前記ヒートポンプサイクルに優先して運転させることを特徴とする請求項２から請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 In the hot water supply operation mode, the heat pump cycle that does not include the bath heat exchanger is operated in preference to the heat pump cycle that includes the bath heat exchanger. The heat pump hot-water supply apparatus in any one of.

前記ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。 The heat pump hot water supply apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the refrigerant used in the heat pump cycle is carbon dioxide, and the high pressure side is operated in a state exceeding a critical pressure.