WO2003042606A1 - Dispositif d'alimentation en eau chaude de pompe a chaleur - Google Patents

Dispositif d'alimentation en eau chaude de pompe a chaleur Download PDF

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WO2003042606A1
WO2003042606A1 PCT/JP2002/011716 JP0211716W WO03042606A1 WO 2003042606 A1 WO2003042606 A1 WO 2003042606A1 JP 0211716 W JP0211716 W JP 0211716W WO 03042606 A1 WO03042606 A1 WO 03042606A1
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WO
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temperature
hot water
water
freezing
heat pump
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Application number
PCT/JP2002/011716
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kouji Chida
Shinichi Sakamoto
Original Assignee
Daikin Industries, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries, Ltd. filed Critical Daikin Industries, Ltd.
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Priority to EP02780068A priority patent/EP1455145B1/en
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Priority to AT02780068T priority patent/ATE430903T1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump hot water supply device.
  • the heat pump hot water supply device includes a tank unit 52 having a hot water storage tank 51 and a heat pump unit 54 having a water heat exchanger 53.
  • the water intake 55 on the bottom side of the hot water storage tank 51 and the hot water inlet 56 on the top of the hot water storage tank 51 are connected by a circulation path 57, which exchanges heat with the water circulation pump 58.
  • Road 59 is provided.
  • the water heat exchanger 53 constitutes a heat exchange path 59, and the heat exchange path 59 is heated by a heat pump heating source. That is, the water circulation pump 58 is driven to perform a boiling operation in which the unheated water from the water intake 55 is boiled in the heat exchange path 59 and returned to the hot water inlet 56.
  • the heat pump unit 54 includes, in addition to the water heat exchanger 53, a compressor, an expansion valve, and an evaporator.
  • the heat exchanger 53 functions as a condenser.
  • a tap 60 is provided at an upper portion (top) of the hot water storage tank 51, and hot water is supplied from the tap 60 to a kitchen or a bathroom. Therefore, this hot water storage tank 5 1 Has high temperature hot water stored in it, and when cold water returns to the upper part, the temperature of the hot water in the upper part decreases, and the hot water supplied to the kitchen and bathroom becomes lower. Therefore, it was necessary to perform a boiling operation to drive the compressor, which required excessive input energy to prevent freezing, resulting in an increase in power consumption.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object of the present invention is to provide a heat pump hot water supply apparatus capable of preventing freezing of a circulation path without requiring excessive input energy. To provide. Disclosure of the invention
  • the heat pump hot water supply apparatus of the first invention comprises a hot water storage tank 3, a circulation path 1 that connects a water intake port 10 on the bottom side of the hot water storage tank 3 and a hot water inlet 11 on an upper side of the hot water storage tank 3.
  • the circulation path 12 is provided with a water circulation pump 13 and a heat exchange path 14, and the heat exchange path 14 is heated by a heat pump type heating source, and It is premised on a heat pump type hot water supply device that performs a boiling operation in which unheated water is boiled and returned to the hot water inlet 11.
  • the circulation path 12 is provided with a bypass flow path 17 branched from the hot water inlet 11 side and connected to the bottom side of the hot water storage tank 3, so that the outside air temperature is equal to or lower than the freezing prevention reference outside air temperature.
  • the water circulation pump 13 is driven to take out the water in the hot water storage tank 3. It is characterized in that a freezing prevention operation of circulation is performed in which circulation is performed from 10 to the circulation path 12 and returned to the bottom side of the hot water storage tank 3 through the bypass path 17.
  • the heat pump hot water supply apparatus of the first invention at least one of when the outside air temperature is equal to or lower than the freezing prevention reference temperature and when the water in the circulation path 12 is equal to or lower than the freezing prevention reference temperature.
  • the water in the hot water storage tank 3 is caused to flow out of the water inlet 10 into the circulation path 12 and returned to the bottom side of the hot water storage tank 3 through the bypass flow path 17.
  • a temperature at which the circulation path 12 may be frozen can be set.
  • a temperature at which the circulation path 12 may be frozen can be set.
  • the heat pump hot water supply apparatus is characterized in that when the outside air temperature is equal to or lower than the freezing prevention reference outside temperature and the water in the circulation path 12 is equal to or lower than the freezing prevention reference temperature, the circulation freezing prevention is performed. It is characterized by driving.
  • a temperature at which the circulation path 12 may be frozen if the temperature is equal to or lower than the temperature is set as the freezing prevention reference outside temperature. Further, a temperature at which the circulation path 12 may be frozen if the temperature is equal to or lower than the above temperature is set as the above-mentioned freezing prevention reference temperature.
  • the heat pump hot water supply apparatus of the third invention is characterized in that when the temperature of the water in the circulation path 12 is equal to or lower than a low temperature reference value lower than the freeze prevention reference temperature, the heat pump heating source is It is characterized by performing a freeze prevention operation of heating by boiling.
  • the heat pump hot water supply apparatus of the third invention when the temperature of the water in the circulation path 12 is extremely low and there is a high possibility of freezing, the operation of preventing the freezing of the heating by heating the heat pump heating source is performed, thereby circulating the water.
  • the water in Road 12 can be warmed. This Freezing can be reliably prevented.
  • the temperature of the water in the circulation path 12 is equal to or lower than a low temperature reference value lower than the freezing prevention reference temperature after the circulation freezing prevention operation is continued for a predetermined time. In this case, an antifreeze operation of heating by boiling the heat pump heating source is performed.
  • the outside air temperature is higher than the freezing prevention release outside air temperature higher than the above freezing prevention reference outside air temperature
  • the temperature of the water in the circulation path 12 is the above freezing prevention reference temperature.
  • the anti-freeze operation is stopped in at least one of the cases where the temperature is higher than the anti-freezing release water temperature.
  • the outside air temperature is higher than the freezing prevention release outside temperature higher than the above-mentioned freezing prevention reference outside temperature, and the temperature of the water in the circulation path 12 is higher than the above-mentioned freezing prevention reference temperature. If the freezing prevention release water temperature is higher than that, there is no danger of freezing. In such a state, the antifreezing operation can be stopped. Thereby, unnecessary freezing prevention operation can be avoided.
  • the outside air temperature is equal to or higher than the freezing prevention release outside air temperature higher than the freezing prevention reference outside air temperature
  • the temperature of the water in the circulation path 12 is the freezing prevention reference temperature.
  • the probability of not freezing High and ensures that unnecessary antifreeze operation is avoided can do.
  • the heat pump hot water supply apparatus of the seventh invention is characterized in that the reference temperature for preventing freezing is a temperature of the circulation path 12 with respect to the front side of the heat exchange path 14.
  • the anti-freezing operation is based on the temperature of water on the front side of the heat exchange path 14 of the circulation path 12.
  • the heat pump hot water supply apparatus of the eighth invention is characterized in that the reference temperature for preventing freezing is a temperature of the circulation path 12 with respect to the rear side of the heat exchange path 14.
  • the anti-freezing operation is based on the temperature of the water on the rear side of the heat exchange path 14 of the circulation path 12.
  • the reference temperature for freezing prevention is the reference temperature for freezing prevention
  • the reference temperature for freezing prevention is the temperature of the circulation path 12 with respect to the front side of the heat exchange path 14 and the rear side. And the temperature is selected and set.
  • the anti-freezing operation is based on the temperature of water on the upstream side and downstream side of the heat exchange path 14 of the circulation path 12 selected.
  • the heat pump hot water supply apparatus of the tenth invention is characterized in that the reference temperature for preventing freezing is a temperature with respect to a front side and a rear side of the heat exchange path 14 of the circulation path 12. .
  • the anti-freezing operation is based on the temperatures of the water on the front side and the rear side of the heat exchange path 14 of the circulation path 12.
  • the heat pump type hot water supply device of the first invention when there is a risk of freezing inside the water heat exchanger constituting the circulation path and the heat exchange path, the water in the circulation path is circulated and freezes. Can be prevented. At this time, since the water in the circulation path is returned to the bottom of the hot water storage tank, low-temperature water is not mixed with the high-temperature hot water at the top of the hot water storage tank, so that the temperature of the hot water used (used) is prevented from lowering. Can be. This can contribute to energy saving without requiring excessive input energy.
  • the heat pump type hot water supply apparatus of the second invention when there is a possibility that the inside of the water heat exchanger constituting the circulation path and the heat exchange path may be frozen, the water in the circulation path is circulated to freeze. Can be reliably prevented. In addition, when there is no risk of freezing, the operation for preventing freezing of the circulation is not performed, which contributes to a reduction in running costs.
  • the freezing prevention operation of heating can be performed to reliably prevent freezing. it can.
  • freezing of the circulation path and the like can be reliably prevented, and subsequent normal boiling operation can be performed stably, and a desired amount of hot water can be stored in the hot water storage tank 3.
  • the temperature of the hot water in the hot water storage tank can be reliably prevented from lowering, and the hot water can be stably discharged from the hot water storage tank.
  • the freezing prevention operation can be stopped when there is no risk of freezing of the circulation path and the like, so that unnecessary freezing prevention operation can be avoided. A further energy saving can be achieved.
  • antifreeze operation can be performed and freezing can be prevented.
  • the freeze prevention operation is based on the temperature of the pre-position side water heat exchange passage of the circulation path. Therefore, when there is a possibility of freezing, the antifreezing operation can be stably performed.
  • the antifreezing operation is based on the temperature of the water on the rear side of the heat exchange path in the circulation path.
  • the reliability of starting the anti-freezing operation is improved because the temperature of the portion where the temperature may become lower after passing through the heat exchange path is set as a reference.
  • the anti-freezing operation is based on the temperature of the water on either the front side or the rear side of the heat exchange path. Easy to do.
  • the anti-freezing operation is based on the temperatures of water on the front and rear sides of the heat exchange path in the circulation path. Therefore, when there is a risk of freezing, the antifreezing operation can be performed more stably.
  • FIG. 1 is a simplified diagram showing an embodiment of a heat pump hot water supply apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a simplified block diagram of a control unit of the heat pump water heater.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation control of the heat pump water heater.
  • FIG. 4 is a flowchart showing another operation control of the heat pump water heater.
  • FIG. 5 is a simplified diagram of a conventional heat pump water heater. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Fig. 1 shows a simplified diagram of this heat pump water heater.
  • This heat pump water heater has a tank unit 1 and a heat source unit (heat pump unit) 2, and uses water (hot water) from the tank unit 1 as a heat source unit.
  • the tank cut 1 has a hot water storage tank 3, and the hot water stored in the hot water storage tank 3 is supplied to a bathtub (not shown). That is, the hot water storage tank 3 is provided with a water supply port 5 on its bottom wall and a hot water outlet 6 on its upper wall. Then, hot water is supplied from the water supply port 5 to the hot water storage tank 3, and high-temperature hot water is supplied from the water supply port 6.
  • the hot water storage tank 3 has a water intake 10 on the bottom wall and a hot water inlet 11 at the top of the side wall (peripheral wall), and the water intake 10 and the hot water inlet 11 circulate. They are connected by roads 1 and 2.
  • the circulation path 12 is provided with a water circulation pump 13 and a heat exchange path 14.
  • the water supply port 5 is connected to a water supply flow path 8.
  • the circulation path 12 is provided with a bypass flow path 17 branched from the hot water inlet 11 and connected to the bottom side of the hot water storage tank 3. Also, a first opening / closing valve (two-way valve) 15 a provided in the circulation path 12 on the hot water inlet 11 side of the branch of the bypass flow path 17 and a bypass flow path 17 are provided. 2nd on-off valve (2-way valve) A switching means 15 comprising 15b is formed, and the switching of the switching means 15 changes the flow path of the circulation path 12.
  • the water (hot water) entering the circulation path 12 from the intake port 10 is circulated by this circulation.
  • the operation is to return to the hot water storage tank 3 from the hot water inlet 11 after flowing through the road 12.
  • the second opening / closing valve 15b and closing the first opening / closing valve 15a the water (hot water) that has entered the circulation path 12 from the intake port 10 can be obtained.
  • the switching means 15 may be constituted by a three-way valve.
  • the bypass channel 17 When the bypass channel 17 is connected to the bottom of the hot water storage tank 3, it is not directly connected to the connection port 16 of the bottom wall of the hot water storage tank 3, but is connected to the water circulation pump 1 of the circulation path 12. 3 may be connected upstream, that is, between the water intake 10 and the water circulation pump 13.
  • the hot water storage tank 3 is provided with four detectors 18a, 18b, 18c, 18d for the remaining hot water amount at a predetermined pitch in the vertical direction, and a detector 18e for the supply water temperature. ing. Further, a temperature sensor (protector) 19 is provided on the upper wall of the hot water storage tank 3.
  • the detectors 18a, 18b, 18c, 18d, 18e and the temperature sensor 19 are each composed of, for example, a thermistor.
  • a water intake thermistor 20 is provided upstream of the heat exchange path 14, and a tapping thermistor 21 is provided downstream of the heat exchange path 14.
  • the heat source unit (heat pump unit) 2 includes a refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit includes a compressor 25, a water heat exchanger 26 forming a heat exchange path 14, and an electric expansion valve ( A pressure reducing mechanism) 27 and an air heat exchanger (evaporator) 28 are connected in order. That is, the discharge pipe 29 of the compressor 25 is connected to the water heat exchanger 26,
  • the control unit of the heat pump hot water supply apparatus includes an outside air temperature detecting means 35, an incoming water temperature detecting means 36, a tapping water temperature detecting means 34, a timer means 37, Control means 38 to which data (numerical values) from these detecting means 34, 35, 36, and 37 are input.
  • the control means 38 can be configured using, for example, a microphone computer.
  • the outside air temperature detecting means 35 comprises an outside air thermistor 35a
  • the incoming water temperature detecting means 36 comprises the above-mentioned water intake thermistor 20
  • the tap water temperature detecting means 34 comprises the above tapping water thermistor. 2 Consists of 1 That is, the temperature of the outside air is detected by the outside air temperature detecting means 35, and the temperature on the front side (upstream side) of the heat exchange path 14 in the circulation path 12 is detected by the incoming water temperature detecting means 36
  • Hot water temperature detecting means 34 detects the temperature on the rear side (downstream side) of heat exchange path 14 in circulation path 12, and these detected values are input to control means 38.
  • the control means 38 is input with: an anti-freezing reference outside temperature, an anti-freezing reference temperature, and the like.
  • the freezing prevention reference outside temperature is a temperature at which the circulation path 12 may freeze when the outside temperature (outside air temperature) falls below the freezing prevention reference outside temperature.
  • the antifreeze reference temperature includes an antifreeze reference inlet temperature and an antifreeze reference outlet temperature.
  • the freezing prevention reference inlet water temperature means that if the inlet water temperature (the temperature on the front side of the heat exchange path 14 in the circulation path 12) falls below this temperature, the circulation path 12 may freeze.
  • the freezing prevention reference hot water temperature means that when the hot water temperature (the temperature on the rear side of the heat exchange path 14 in the circulation path 12) falls below this temperature, the circulation path 12 may freeze. Temperature.
  • the defrosting reference tapping temperature is for low-temperature water that is not heated and is low (for example, about 3 ° C).
  • the control means 38 compares the detected outside air temperature (outside air temperature) with the freezing prevention reference outside air temperature, and compares the detected water temperature in the circulation path 12 with the freezing prevention reference temperature.
  • the detected outside temperature is lower than the freezing prevention reference outside temperature
  • the switching means 15 is switched so that the pump 13 is driven to be in a bypass operable state.
  • water (hot water) entering the circulation path 12 from the water intake port 10 flows through the circulation path 12 and enters the bypass flow path 17, and the connection port 1 on the bottom wall of the hot water storage tank 3 is formed.
  • a bypass operation (circulation freezing prevention operation) is performed from 6 to the hot water storage tank 3.
  • the low-temperature reference value set lower than the freezing prevention reference temperature, the freezing prevention release outside temperature higher than the freezing prevention reference outside temperature, and the freezing prevention release temperature higher than the freezing prevention reference temperature are set by the above setting means 3. Set at 9 respectively. Then, the low temperature reference value, the freezing prevention release outside air temperature, and the freezing prevention release temperature are input to the control means 38, respectively.
  • the low-temperature reference value includes a reference value corresponding to the inlet water temperature and a reference value corresponding to the outlet water temperature.
  • the above-mentioned antifreeze release temperature includes an antifreeze release water temperature corresponding to the inlet water temperature and an antifreeze release water temperature corresponding to the outlet temperature.
  • the detected temperature (inlet water temperature and / or tap water temperature) is compared with the low-temperature reference value by the control means 38, and when the detected temperature is lower than the low-temperature reference value, the compressor 25 is driven. A heating freezing operation that is a boiling operation is performed.
  • the detected outside air temperature is compared with the outside air temperature at which the anti-freezing is released by the control means 38. Is stopped. Next, the operation of the heat pump water heater will be described.
  • the compressor 25 is driven and the water circulation pump 13 is driven (operated). Then, the stored water (hot water) flows out of the water intake port 10 provided at the bottom of the hot water storage tank 3 and flows through the heat exchange path 14 of the circulation path 12. At that time, the hot water is heated (boiled) by the water heat exchanger 26 and returned to the upper part of the hot water storage tank 3 from the hot water inlet 11. Then, by continuously performing such an operation, hot water is stored in the hot water storage tank 3. In this case, if the boiling temperature detected by the tapping thermistor 21 is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 85 ° C), the switching means 15 is switched, and the hot water is supplied to the bypass passage 1. 7 Bypass operation (circulation freezing prevention T).
  • a predetermined temperature for example, 85 ° C
  • the switching means 15 can be switched to perform a normal operation in which hot water does not flow into the bypass passage 17.
  • the nighttime electricity unit price is set lower than in the daytime, so this boiling operation is performed during the late night hours when the cost is low, so as to reduce costs. Is preferred.
  • step S1 it is determined whether or not the outside temperature is equal to or lower than the freezing prevention reference outside temperature (for example, 3 ° C) and the incoming water temperature is equal to or lower than the freezing prevention reference incoming water temperature (for example, 3 ° C). If they are not below, the stop state is continued as it is, and if both temperatures are below, the process proceeds to step S2 to enter the anti-freezing mode II.
  • the anti-freezing mode I is a mode in which the switching means 15 is switched to a state in which the bypass operation is possible, and the water circulation pump 13 is driven. At this time, the compressor 25 is not driven.
  • step S3 it is determined whether or not to release the antifreeze mode II. That is, the outside air temperature is equal to or higher than the freezing prevention release outside air temperature (for example, 6 ° C) higher than the above freezing prevention reference outside air temperature by a predetermined value, or the incoming water temperature is higher than the above freezing prevention reference incoming water temperature by a predetermined value. Judge whether the temperature is higher than the freezing prevention entry water temperature (for example, 6 ° C). If either of them is greater than the above, the process proceeds to step S4 to release the freeze prevention mode. That is, the water circulation pump 13 is stopped to stop the bypass operation.
  • the freezing prevention release outside air temperature for example, 6 ° C
  • step S3 if the antifreeze mode ⁇ is not canceled in step S3, that is, if the outside temperature is not higher than the outside temperature at which the antifreeze is released and the incoming water temperature is not equal to or higher than the freezing prevention release water temperature, the process proceeds to step S5. .
  • step S5 it is determined whether or not the incoming water temperature is equal to or lower than the low temperature reference value (for example, 1 ° C.) and the anti-freezing mode ⁇ ⁇ has continued for a predetermined time (for example, 30 minutes).
  • the duration of the anti-freezing mode I is measured by the timer means 37. That is, although the above-mentioned freeze prevention mode ⁇ has continued for a predetermined time, the flow shifts to the freezing prevention mode II in step S6. Then, in step S5, even if the freezing prevention mode ⁇ ⁇ has passed the predetermined time, if the incoming water temperature exceeds the low temperature reference value, the process returns to step S3.
  • the anti-freezing mode ⁇ is to switch the switching means 15 and drive the compressor 25 so that the hot water in the circulation path 12 returns to the hot water storage tank 3 from the hot water inlet 11. It refers to the normal boiling operation mode. Therefore, in anti-freezing mode II, heating (unheated water) entering the circulation path 12 from the intake port 10 is boiled in the heat exchange path 14 and returned to the hot water storage tank 3 from the hot water inlet 11. As a result, the freezing of the circulation path 12 can be reliably prevented. In addition, since the heated hot water is supplied from the hot water inlet 11 to the hot water storage tank 3, the temperature of the hot water discharged from the hot water outlet 6 on the use side is not lowered.
  • step S7 the outside temperature at which the outside temperature is higher than the above-mentioned freezing prevention reference outside temperature by a predetermined value (for example, 6 ° C).
  • a predetermined value for example, 6 ° C.
  • Judgment is made as to whether the water temperature is equal to or higher than the freezing prevention release water temperature (for example, 6 ° C) that is higher than the above-mentioned freezing prevention reference water temperature by a predetermined value. That is, it is determined whether or not to release the antifreeze mode ⁇ . If not, continue with freeze prevention mode ⁇ ⁇ ⁇ . If so, the flow proceeds to step S4, the antifreeze mode is released, and the flow returns to step S1.
  • the circulation path 12 in a condition where the circulation path 12 may be frozen, the water in the circulation path 12 is circulated, and further, the freezing is prevented by heating using the heat exchange path 14. Can be. Moreover, even if the heating is not performed using the heat exchange path 14, the low-temperature water is not returned to the upper part of the hot water storage tank 3, so that the low-temperature water is mixed with the high-temperature hot water at the upper part of the hot water storage tank 3. do not do. As a result, high-temperature hot water can be stably used without lowering the temperature of the hot water discharged from tap hole 6.
  • step SI1 it is determined whether or not the outside air temperature is below the freezing prevention reference outside temperature (for example, 3 ° C) and the outlet temperature is below the freezing prevention reference outflow temperature (for example, 3 ° C).
  • step S12 prevent the freezing mode 1 (the mode in which water circulates in the bypass passage 17). ) to go into. Therefore, in this anti-freezing mode (1), when the outside air decreases and the temperature of the water in the circulation path 12 decreases, and there is a possibility that the circulation path 12 freezes, the water in the circulation path 12 It is possible to prevent freezing by performing the freeze prevention operation of the circulation in which the water is circulated.
  • step S13 determines whether or not to release the antifreeze mode II. That is, it is determined whether the outside air temperature is equal to or higher than the freezing prevention release outside air temperature (for example, 6 ° C) higher than the above-mentioned freezing prevention reference outside air temperature by a predetermined value, or whether a predetermined time (for example, 60 seconds) has elapsed. .
  • the freezing prevention release outside air temperature for example, 6 ° C
  • a predetermined time for example, 60 seconds
  • the incoming water temperature is equal to or higher than the freezing prevention release temperature (for example, 6 ° C) higher than the above-mentioned freezing prevention reference incoming water temperature (for example, 3 ° C) by a predetermined value
  • the outlet temperature is This is when the temperature is higher than the defrosting release temperature (for example, 6 ° C) higher than the defrosting reference hot water temperature (for example, 3 ° C) by a predetermined value.
  • step S13 if the antifreeze mode II is not released, that is, if the outside air temperature is not higher than the antifreeze release outside air temperature and a predetermined time has not elapsed, the process proceeds to step S15. Note that the count of the predetermined time in step S13 is measured by the timer means 37 described above.
  • step S15 it is determined whether the incoming water temperature is lower than the low temperature reference value (for example, 1 ° C) or the outlet temperature is lower than the low temperature reference value (for example, 1 ° C). That is, if either the incoming water temperature or the outgoing water temperature is the low temperature reference value, the flow shifts to the antifreeze mode ⁇ (heating antifreeze operation) in step S16. Then, in step S15, if both the incoming water temperature and the outgoing water temperature exceed the low temperature reference value, the process returns to step S13. But In the anti-freezing mode II, heating (unheated water) entering the circulation path 12 from the intake port 10 is boiled in the heat exchange path 14 and returned to the hot water storage tank 3 from the hot water inlet 11. As a result, the circulation path 12 can be reliably prevented from freezing. In addition, since the heated hot water is supplied from the hot water inlet 11 to the hot water storage tank 3, the temperature of the hot water discharged from the hot water outlet 6 on the use side is not reduced.
  • step S17 After the mode shifts to the anti-freezing mode II, the process shifts to step S17, and similarly to step S13, the outside temperature is higher than the above-mentioned anti-freezing reference outside temperature by a predetermined value. ° C) or a predetermined time (for example, 60 seconds) has elapsed. That is, it is determined whether or not to release the antifreeze mode ⁇ . If not, continue with freeze prevention mode II. If so, the flow shifts to step S14 to release the freeze prevention mode 2 and returns to step S11.
  • the anti-freezing mode 1 is entered.
  • the incoming water temperature (outlet temperature) is equal to or lower than the freezing prevention reference temperature, it may be set to the freezing prevention mode II.
  • the freezing prevention mode II when only one of them is used, control calculation processing and the like can be simplified. For this reason, when entering the anti-freezing mode ⁇ ⁇ , only the outside air temperature, only the incoming water temperature, and only the outflow water temperature may be used as the judgment criterion. Judgment criteria may be used, or all three types may be used.
  • step S3 in Fig. 3 and in step S7 the outgoing water temperature is used as a criterion in place of the incoming water temperature, or the outside air temperature is equal to or higher than the If the tapping temperature is not equal to or higher than the freezing prevention release temperature, the freeze release may not be performed.
  • the thawing may not be performed unless the outside temperature is equal to or higher than the freezing prevention release outside temperature and a predetermined time has elapsed. Furthermore, the start of the counting of the predetermined time can be based on only one of the inlet water temperature and the outlet water temperature.
  • the outlet temperature is determined in place of the inlet temperature. The determination may be made based on only the incoming water temperature, only the outgoing water temperature, only the duration of the anti-freezing mode II, or may be made based on the outside air temperature.
  • step S15 of FIG. 4 if both the incoming water temperature and the outgoing water temperature are not lower than the reference temperature, it is also possible not to shift to step S16.
  • refrigerants such as dichlorodifluoromethane (R- 12), chlorodifluoromethane (R- 22), 1,1,1,2, -tetrafnoroleloethane (R-134a)
  • the refrigerant may be a refrigerant or a supercritical refrigerant such as carbon dioxide, ethylene, ethane, and nitric oxide. If the refrigerant is a supercritical refrigerant, the water heat exchanger 26 becomes a gas cooler having a function of cooling the high-temperature, high-pressure supercritical refrigerant compressed by the compressor 25.
  • the reference temperature outside the freezing prevention standard the freezing prevention standard temperature (freezing prevention standard inlet water temperature, freezing prevention standard reference hot water temperature) and the low temperature reference value are determined (set) based on the temperature at which the circuit 12 will freeze. Therefore, it can be changed according to the length and thickness of the pipe to be used. Therefore, even if the freezing prevention reference inlet water temperature and the freezing prevention reference outlet temperature are made different, the low-temperature reference value may be different for the freezing prevention reference inlet temperature and for the freezing prevention reference outlet temperature. .
  • the reference time (freezing operation mode I) for performing the anti-freezing operation (freezing operation mode II) of heating by boiling the heat pump unit is also 30.
  • the temperature is not limited to a specific value, and can be changed according to various conditions such as an outside air temperature and an incoming water temperature.
  • the predetermined reference time for releasing the freeze prevention mode is not limited to 60 seconds.
  • the hot water is returned from the hot water inlet 11 to the hot water storage tank 3 without using the bypass flow path 17.
  • the hot water may be returned to the hot water storage tank 3 through 7.
  • the heat pump hot water supply device is useful for storing hot water in a hot water storage tank, and is particularly suitable for a device in which stored water circulates between a hot water storage tank and a heat exchange path. I have.

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Description

明 細 書 ヒートポンプ式給湯装置 技術分野
この発明は、 ヒートポンプ式給湯装置に関するものである。 背景技術
一般に、 ヒートポンプ式給湯装置は、 図 5に示すように、 貯湯タンク 5 1を 有するタンクュニット 5 2と、 水熱交換器 5 3を有するヒートポンプュニット 5 4とを備えている。 貯湯タンク 5 1の底部側の取水口 5 5と、 貯湯タンク 5 1の 上部側の湯入口 5 6とを循環路 5 7によって結び、 この循環路 5 7に水循環用ポ ンプ 5 8と熱交換路 5 9とを設けている。 この場合、 水熱交換器 5 3が熱交換路 5 9を構成し、 この上記熱交換路 5 9をヒートポンプ式加熱源により加熱するも のである。 すなわち、 水循環用ポンプ 5 8を駆動し、 上記取水口 5 5からの未加 熱水を熱交換路 5 9にて沸上げて上記湯入口 5 6に返流する沸上げ運転を行う。
なお、 ヒートポンプユニット 5 4は、 図示省略しているが、 上記水熱交換器 5 3以外に、 圧縮機と膨張弁と蒸発器とを備え、 圧縮機を駆動させることによつ て、 上記水熱交換器 5 3を凝縮器として機能させる。
一解決課題一
しかしながら、 冬場等の外気が低温である場合に上記沸上げ運転を長時間停 止すれば、 タンクュ二ッ ト 5 2とヒートポンプュニッ ト 5 4との間の配管 （循環 路 5 7 ) 及び熱交換路 5 9を構成する水熱交換器 5 3内の水が凍結するおそれが あった。 このため、 上記圧縮機を駆動させることなく、 水循環用ポンプ 5 8のみ を駆動させて、 循環路 5 7内の水を循環させる凍結防止運転を行っていた。
ところが、 この循環路 5 7の水を循環させると、 取水口 5 5から低温の水が 循環路 5 7へ流出し、 この低温のままの水が湯入口 5 6から返流する。
この場合、 貯湯タンク 5 1の上部 （頂部） に出湯口 6 0が設けられ、 この出 湯口 6 0から台所や浴室に温湯が供給される。 そのため、 この貯湯タンク 5 1に は高温の温湯が貯められており、 低温のままの水がこの上部に返流すると、 この 上部の高温の温湯の温度が低下して、台所や浴室に供給される温湯が低温となる。 したがって、 圧縮機を駆動させる沸上げ運転を行う必要があり、 凍結防止のため に、 過大な入力エネルギーを必要として、 消費電力の増大を招いていた。
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、 過大な入力エネルギーを必要とせずに循環路の凍結を防止することが可 能なヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。 発明の開示
そこで、 第 1の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 貯湯タンク 3と、 この貯 湯タンク 3の底部側の取水口 1 0とこの貯湯タンク 3の上部側の湯入口 1 1 とを 結ぶ循環路 1 2とを有し、 この循環路 1 2に水循環用ポンプ 1 3と熱交換路 1 4 とを設け、 この熱交換路 1 4をヒートポンプ式加熱源により加熱して、 上記取水 口 1 0からの未加熱水を沸上げて上記湯入口 1 1に返流する沸上げ運転を行うヒ ートポンプ式給湯装置を前提としている。
そして、 上記循環路 1 2には、 湯入口 1 1側から分岐して上記貯湯タンク 3 の底部側に接続されるバイパス用流路 1 7を設け、 外気温度が凍結防止基準外気 温以下であるとき、 及び上記循環路 1 2内の水が凍結防止基準温以下であるとき のすくなく ともいずれか一方の場合には、 上記水循環用ポンプ 1 3を駆動させ、 上記貯湯タンク 3の水を取水口 1 0から上記循環路 1 2へ流出させて上記バイパ ス用流路 1 7を介して上記貯湯タンク 3の底部側に返流させる循環の凍結防止運 転を行うことを特徴としている。
この第 1の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 外気温度が凍結防止基準外 気温以下であるとき、 及び上記循環路 1 2内の水が凍結防止基準温以下であると きのすくなく ともいずれか一方の場合に、 貯湯タンク 3の水を取水口 1 0から上 記循環路 1 2へ流出させてバイパス用流路 1 7を介してこの貯湯タンク 3の底部 側に返流させる。
この際、 上記凍結防止基準外気温は、 この温度以下となれば、 上記循環路 1 2が凍結するおそれがある温度を設定することができる。 また、 上記凍結防止基 準温は、 この温度以下となれば、 上記循環路 1 2が凍結するおそれがある温度を 設定することができる。 これにより、 外気温度がこの凍結防止基準外気温以下と なった際に、 循環路 1 2内の水を循環させることができる。 また、 循環路 1 2内 の水の温度がこの凍結防止基準温以下に低下した際に、 循環路 1 2内の水を循環 させることができる。
すなわち、 凍結のおそれがある場合に、 循環路 1 2内の水が循環して凍結す るのを防止することができる。 この際、 循環路 1 2の水は貯湯タンクの底部側に 返流されるので、 貯湯タンク 3の上部の高温の温湯に低温の水が混合されず、 使 用 （利用） する温湯の温度低下を防止することができる。
また、 第 2の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 外気温度が凍結防止基準外 気温以下であり、かつ上記循環路 1 2内の水が凍結防止基準温以下であるときに、 上記循環の凍結防止運転を行うことを特徴としている。
この第 2の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 外気温度が凍結防止基準外 気温以下であり、かつ上記循環路 1 2内の水が凍結防止基準温以下であるときに、 循環路 1 2内の水を循環させる循環の凍結防止運転を行うことができる。
すなわち、 上記第 1の発明と同様に、 上記凍結防止基準外気温として、 この 温度以下となれば、 上記循環路 1 2が凍結するおそれがある温度を設定する。 ま た、 上記凍結防止基準温として、 この温度以下となれば、 上記循環路 1 2が凍結 するおそれがある温度を設定する。
このように設定すると、 外気温度および循環路 1 2内の水の温度が上記基準 値以下となれば、 凍結するおそれが極めて高く、 このときに、 循環の凍結防止運 転を行って確実に凍結を防止することができる。
また、 第 3の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 上記循環路 1 2内の水の温 度が上記凍結防止基準温よりもさらに低い低温基準値以下であるときに、 上記ヒ ートポンプ式加熱源の沸上げによる加熱の凍結防止運転を行うことを特徴として いる。
この第 3の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 循環路 1 2内の水の温度が 極めて低く凍結するおそれが高い場合に、 ヒートポンプ加熱源の沸上げによる加 熱の凍結防止運転を行って、 循環路 1 2内の水を温めることができる。 これによ り凍結を確実に防止することができる。
なお、 ヒートポンプ加熱源にて沸上げる場合、 通常はバイパス用通路 1 7を 介することなく貯湯タンク 3に返流する運転を行うことになる力 バイパス用通 路 1 7を介して貯湯タンク 3に返流するような運転を行ってもよい。
また、 第 4の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 上記循環の凍結防止運転を 所定時間継続した後、 上記循環路 1 2内の水の温度が上記凍結防止基準温よりも さらに低い低温基準値以下であるときに、 上記ヒートポンプ式加熱源の沸上げに よる加熱の凍結防止運転を行うことを特徴としている。
この第 4の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 循環路 1 2の水を加熱する ことなく、 単に循環路 1 2内の水を循環させるのみではまだ凍結のおそれがある 場合に、 ヒートポンプ式加熱源の沸上げによる加熱の凍結防止運転を行って確実 に凍結を防止することができる。
また、 第 5の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 外気温度が上記凍結防止基 準外気温よりも高い凍結防止解除外気温以上、 及び上記循環路 1 2内の水の温度 が上記凍結防止基準温よりも高い凍結防止解除入水温以上のすくなく ともいずれ か一方の場合に、 上記凍結防止運転を停止することを特徴としている。
この第 5の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 外気温度が上記凍結防止基 準外気温よりも高い凍結防止解除外気温以上や上記循環路 1 2内の水の温度が上 記凍結防止基準温よりも高い凍結防止解除入水温以上のときには、 凍結のおそれ がないので、 このような状態で、 凍結防止運転を停止することができる。 これに より、 不必要な凍結防止運転を回避することができる。
また、 第 6の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 外気温度が上記凍結防止基 準外気温よりも高い凍結防止解除外気温以上、 及び上記循環路 1 2内の水の温度 が上記凍結防止基準温よりも高い凍結防止解除温以上となったときから所定時間 を経過したときのすくなくとも一方の場合に、 上記凍結防止運転を停止すること を特徴としている。
この第 6の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 循環路 1 2内の水の温度が 上記凍結防止基準温よりも高い凍結防止解除温以上となったときから所定時間を 経過したときには、 凍結しない確率が高く、 不必要な凍結防止運転を確実に回避 することができる。
また、 第 7の発明のヒー トポンプ式給湯装置は、 上記凍結防止基準温は、 上 記循環路 1 2の熱交換路 1 4の前位側に対する温度であることを特徴としてい る。
この第 7の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 凍結防止運転は、 循環路 1 2の熱交換路 1 4の前位側の水の温度を基準とする。
また、 第 8の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 上記凍結防止基準温は、 上 記循環路 1 2の熱交換路 1 4の後位側に対する温度であることを特徴としてい る。
この第 8の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 凍結防止運転は、 循環路 1 2の熱交換路 1 4の後位側の水の温度を基準とする。
また、 第 9の発明のヒー トポンプ式給湯装置は、 上記凍結防止基準温は、 上 記凍結防止基準温は、 上記循環路 1 2の熱交換路 1 4の前位側に対する温度と後 位側に対する温度とを選択して設定されることを特徴としている。
この第 9の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 凍結防止運転は、 循環路 1 2の熱交換路 1 4の前位側と後位側の水の温度とを選択して基準とする。
また、 第 1 0の発明のヒートポンプ式給湯装置は、 上記凍結防止基準温は、 上記循環路 1 2の熱交換路 1 4の前位側及び後位側に対する温度であることを特 徴としている。
この第 1 0の発明のヒートポンプ式給湯装置では、 凍結防止運転は、 循環路 1 2の熱交換路 1 4の前位側及び後位側の水の温度を基準とする。 一発明の効果一
第 1の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 循環路及び熱交換路を構成 する水熱交換器内等が凍結のおそれがある場合に、 循環路内の水が循環して凍結 するのを防止することができる。 この際、 循環路の水は貯湯タンクの底部側に返 流させるので、貯湯タンクの上部の高温の温湯に低温の水が混合されず、使用（利 用） する温湯の温度低下を防止することができる。 これにより、 過大な入力エネ ルギーを必要とせず、 省エネ化に寄与することができる。 第 2の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 循環路及び熱交換路を構成 する水熱交換器内等が凍結のおそれがある場合に、 循環路内の水を循環させて凍 結するのを確実に防止することができる。 しかも、 凍結のおそれない場合には、 循環の凍結防止運転を行わないので、 ランニングコス トの低減に寄与する。
第 3又は第 4の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 循環路内の水が極 めて低く凍結するおそれが高い場合に、 加熱の凍結防止運転を行って確実に凍結 を防止することができる。 これにより、 循環路等の凍結を確実に防止することが でき、 その後の通常の沸上運転を安定して行うことができて、 貯湯タンク 3に所 望の量の高温の湯を貯湯することができる。 しかも、 貯湯タンクの温湯の温度の 低下を確実に防止することができ、 貯湯タンクから高温の温湯を安定して出湯さ せることができる。
第 5又は第 6の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 循環路等が凍結の おそれがなくなれば凍結防止運転を停止することができるので、 不必要な凍結防 止運転を回避することができ、 一層の省エネ化を達成できる。 しかも、 凍結のお それがあるときには、 凍結防止運転を行うことができて凍結を防止することがで きる。
; 第 7の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 凍結防止運転は、 循環路の 熱交換路の前位側の水の温度を基準とする。 これにより、 凍結のおそれがあると きに、 安定して凍結防止運転を行うことができる。
第 8の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 凍結防止運転は、 循環路の 熱交換路の後位側の水の温度を基準とする。 すなわち、 熱交換路を通過して一層 低温となるおそれがある部位を基準とするので、 凍結防止運転開始の信頼性が向 上する。
第 9の発明のヒー トポンプ式給湯装置によれば、 凍結防止運転は、 熱交換路 の前位側又は後位側のどちらかの水の温度を基準とするので、 凍結防止運転の判 定を行い易い。
第 1 0の発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、 凍結防止運転は、 循環路 の熱交換路の前位側及び後位側の水の温度を基準とする。 これにより、 凍結のお それがあるときに、 より一層安定して凍結防止運転を行うことができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明のヒートポンプ式給湯装置の実施形態を示す簡略図である。 図 2は、 上記ヒートポンプ式給湯装置の制御部の簡略プロック図である。 図 3は、 上記ヒートポンプ式給湯装置の運転制御を示すフローチャート図で める。
図 4は、 上記ヒートポンプ式給湯装置の他の運転制御を示すフローチャート 図である。
図 5は、 従来のヒートポンプ式給湯装置の簡略図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 この発明のヒートポンプ式給湯装置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装置の簡略図を示し、 このヒートポンプ式 給湯装置は、 タンクユニット 1と熱源ユニッ ト （ヒートポンプユニッ ト） 2を備 え、 タンクユニッ ト 1の水 （温湯） を熱源ユニッ ト 2にて加熱するものである。
タンクュ-ッ ト 1は貯湯タンク 3を備え、 この貯湯タンク 3に貯湯された温 湯が図示省略の浴槽等に供給される。 すなわち、 貯湯タンク 3には、 その底壁に 給水口 5が設けられると共に、 その上壁に出湯口 6が設けられている。 そして、 給水口 5から貯湯タンク 3に巿水が供給され、 出湯口 6から高温の温湯が出湯さ れる。 また、 貯湯タンク 3には、 その底壁に取水口 1 0が開設されると共に、 側 壁 （周壁） の上部に湯入口 1 1が開設され、 取水口 1 0と湯入口 1 1とが循環路 1 2によって連結されている。 そして、 この循環路 1 2には、 水循環用ポンプ 1 3と熱交換路 1 4とが設けられている。 なお、 給水口 5には給水用流路 8が接続 されている。
また、 上記循環路 1 2には、 湯入口 1 1側から分岐して上記貯湯タンク 3の 底部側に接続されるバイパス用流路 1 7が設けられている。 また、 上記バイパス 用流路 1 7の分岐部より も湯入口 1 1側の循環路 1 2に設けられる第 1開閉弁 ( 2方向弁） 1 5 aと、 バイパス用流路 1 7に設けられる第 2開閉弁 （2方向弁） 1 5 bとからなる切換手段 1 5が形成され、 この切換手段 1 5の切換にて循環路 1 2の流路が変更される。
すなわち、 第 1開閉弁 1 5 aを開状態とすると共に、 第 2開閉弁 1 5 bを閉 状態とすることによって、 取水口 1 0から循環路 1 2に入った水 (温湯） がこの 循環路 1 2を流れて湯入口 1 1から貯湯タンク 3に戻る運転となる。また、逆に、 第 2開閉弁 1 5 bを開状態とすると共に、 第 1開閉弁 1 5 aを閉状態とすること によって、 取水口 1 0から循環路 1 2に入った水 （温湯） がこの循環路 1 2を流 れてバイパス用流路 1 7に入って、 このバイパス用流路 1 7から貯湯タンク 3の 底壁の接続口 1 6を介して貯湯タンク 3に戻るバイパス運転となる。
なお、 切換手段 1 5を 3方弁にて構成することも可能である。 また、 バイパ ス用流路 1 7を貯湯タンク 3の底部側に接続する場合、 貯湯タンク 3の底壁の接 続口 1 6に直接接続するのではなく、循環路 1 2の水循環用ポンプ 1 3の上流側、 つまり、 取水口 1 0と水循環用ポンプ 1 3との間において接続してもよい。
ところで、 貯湯タンク 3には、 上下方向に所定ピッチで 4個の残湯量の検出 器 1 8 a、 1 8 b、 1 8 c、 1 8 d、 及び給水温度の検出器 1 8 eが設けられて いる。 さらには、 貯湯タンク 3の上壁には、 温度センサ （保安器） 1 9が設けら れている。 上記検出器 1 8 a、 1 8 b、 1 8 c、 1 8 d、 1 8 e及び温度センサ 1 9は、 例えば、 それぞれサーミスタからなる。
また、 上記循環路 1 2には、 熱交換路 1 4の上流側に取水サーミスタ 2 0が 設けられると共に、 熱交換路 1 4の下流側に出湯サーミスタ 2 1が設けられてい る。
次に、 熱源ユニッ ト （ヒートポンプユニッ ト） 2は冷媒回路を備え、 この冷 媒回路は、 圧縮機 2 5と、 熱交換路 1 4を構成する水熱交換器 2 6と、 電動膨張 弁 （減圧機構） 2 7と、 空気熱交換器 （蒸発器） 2 8とを順に接続して構成され る。 すなわち、 圧縮機 2 5の吐出管 2 9を水熱交換器 2 6に接続し、 水熱交換器
2 6と電動膨張弁 2 7とを冷媒通路 3 0にて接続し、 電動膨張弁 2 7と蒸発器 2 8とを冷媒通路 3 1にて接続し、 蒸発器 2 8と圧縮機 2 5とをアキュームレータ
3 2が介設された冷媒通路 3 3にて接続している。 これにより、 圧縮機 2 5が駆 動すると、 水熱交換器 2 6が凝縮器として機能して、 後述するように、 熱交換路 1 4を流れる水を加熱する。
ところで、 このヒートポンプ式給湯装置の制御部は、 図 2に示すように、 外 気温検出手段 3 5と、 入水温検出手段 3 6と、 出湯温検出手段 3 4と、 タイマ手 段 3 7と、 これらの各検出手段 3 4、 3 5、 3 6、 3 7からのデータ （数値） が 入力される制御手段 3 8とを備えている。 なお、 制御手段 3 8は、 例えば、 マイ ク口コンピュータを用いて構成することができる。
この場合、 図 1に示すように、 外気温検出手段 3 5は外気サーミスタ 3 5 a からなり、 入水温検出手段 3 6は上記取水サーミスタ 2 0からなり、 出湯温検出 手段 3 4は上記出湯サーミスタ 2 1からなる。 すなわち、 外気温検出手段 3 5に て外気の温度が検出され、 入水温検出手段 3 6にて循環路 1 2内の熱交換路 1 4 の前位側 （上流側） の温度が検出され、 出湯温検出手段 3 4にて循環路 1 2内の 熱交換路 1 4の後位側 （下流側） の温度が検出され、 これらの検出値が制御手段 3 8に入力される。
また、 この制御手段 3 8には、 · 凍結防止基準外気温と、 凍結防止基準温等が 入力されている。 ここで、 凍結防止基準外気温とは、 外気温 （外気温度） がこの 凍結防止基準外気温以下に低下した場合に、 循環路 1 2が凍結するおそれがある 温度である。 また、 凍結防止基準温には凍結防止基準入水温と凍結防止基準出湯 温とがある。 凍結防止基準入水温とは、 入水温度 （循環路 1 2内の熱交換路 1 4 の前位側の温度） がこの温度以下に低下した場合に、 循環路 1 2が凍結するおそ れがある温度である。 凍結防止基準出湯温とは、 出湯温度 （循環路 1 2内の熱交 換路 1 4の後位側の温度） がこの温度以下に低下した場合に、 循環路 1 2が凍結 するおそれがある温度である。
そして、 上記凍結防止基準外気温と凍結防止基準温 （凍結防止基準入水温と 凍結防止基準出湯温） とは設定手段 3 9 (図 2参照） にて設定される。 なお、 凍 結防止基準出湯温は、加熱されない低温の水に対するものであり、低温（例えば、 3 °C程度） である。
そして、 制御手段 3 8では、 検出した外気温 （外気温度） と凍結防止基準外 気温とを比較すると共に、 循環路 1 2内の検出した水の温度と凍結防止基準温と を比較する。 検出した外気温が凍結防止基準外気温以下であるときや、 検出した 温度が凍結防止基準温以下であるときに、 上記切換手段 1 5を切換えて、 バイパ ス運転可能状態としてポンプ 1 3を駆動させる。 これによつて、 取水口 1 0から 循環路 1 2に入った水 （温湯） がこの循環路 1 2を流れてバイパス用流路 1 7に 入って、 貯湯タンク 3の底壁の接続口 1 6から貯湯タンク 3に戻るバイパス運転 (循環の凍結防止運転） が行われる。
また、 凍結防止基準温よりもさらに低く設定された低温基準値、 凍結防止基 準外気温よりも高い凍結防止解除外気温、 及び凍結防止基準温よりも高い凍結防 止解除温が上記設定手段 3 9にてそれぞれ設定される。そして、 この低温基準値、 凍結防止解除外気温、 及び凍結防止解除温が上記制御手段 3 8にそれぞれ入力さ れる。
なお、 上記低温基準値は、 入水温度に対応する基準値と出湯温度に対応する 基準値とがある。 また、 上記凍結防止解除温は、 入水温度に対応する凍結防止解 除入水温と出湯温度に対応する凍結防止解除出湯温とがある。
そして、 検出した温度 （入水温度及び/又は出湯温度） とこの低温基準値と が制御手段 3 8にて比較され、 検出した温度が低温基準値以下のとき等に、 圧縮 機 2 5を駆動させて沸上運転である加熱の凍結防止運転を行う。 また、 検出した 外気温とこの凍結防止解除外気温等が制御手段 3 8にて比較され、 外気温が凍結 防止解除外気温以上のとき等に、 上記循環の凍結防止運転や加熱の凍結防止運転 が停止される。 次に、 上記ヒートポンプ式給湯装置の運転動作を説明する。
圧縮機 2 5を駆動させると共に、水循環用ポンプ 1 3を駆動（作動） させる。 すると、 貯湯タンク 3の底部に設けた取水口 1 0から貯溜水 （温湯） が流出し、 これが循環路 1 2の熱交換路 1 4を流通する。 そのときこの温湯は水熱交換器 2 6によって加熱され （沸上げられ）、 湯入口 1 1から貯湯タンク 3の上部に返流 する。 そして、 このような動作を継続して行うことによって、 貯湯タンク 3に温 湯が貯湯されることになる。 この場合、 出湯サーミスタ 2 1にて検出し沸上げ温 度が、 予め設定された所定温度 （例えば、 8 5 °C) 以下であれば、 切換手段 1 5 を切換え、 温湯がバイパス用流路 1 7に流れるバイパス運転 （循環の凍結防止運 転） を行う。 一方、 上記所定温度を超えれば、 切換手段 1 5を切換え、 温湯がバ ィパス用流路 1 7に流れない通常の運転を行わせるようにすることも可能であ る。 なお、 現状の電力料金制度は夜間の電力料金単価が昼間に比べて低く設定さ れているので、 この沸上運転は、 低額である深夜時間帯に行い、 コス トの低減を 図るようにするのが好ましい。
次に、 通常の沸上げ運転を停止している場合のヒートポンプ式給.湯装置の一 つの制御方法を図 3に示すフローチヤ一ト図に沿って説明する。
ステップ S 1において、 外気温が凍結防止基準外気温 （例えば、 3 °C) 以下 かつ入水温度が凍結防止基準入水温 (例えば、 3 °C) 以下であるか否かを判断す る。 そして、 これらが以下でなければそのままの停止状態を継続し、 両温度がそ れ以下であれば、 ステップ S 2へ移行して凍結防止モード①に入る。 ここで、 凍 結防止モード①とは、 バイパス運転が可能な状態に切換手段 1 5を切換えて、 水 循環ポンプ 1 3を駆動させるモードである。 この際、圧縮機 2 5を駆動させない。 したがって、 この凍結防止モード①では、 外気が低下すると共に、 循環路 1 2の 水の温度が低下して、 この循環路 1 2が凍結するおそれが生じた際に、 循環路 1 2内の水が循環する循環の凍結防止運転を行い、 凍結を防止することができる。
その後はステップ S 3へ移行して、 凍結防止モード①を解除するか否かを判 断する。 すなわち、 外気温が上記凍結防止基準外気温よりも所定値だけ高い凍結 防止解除外気温 （例えば、 6 °C) 以上であるか、 または入水温度が上記凍結防止 基準入水温よりも所定値だけ高い凍結防止解除入水温 （例えば、 6 °C) 以上であ るかを判断する。 そして、 どちらかがそれ以上であれば、 ステップ S 4へ移行し て凍結防止モードを解除する。 すなわち、 水循環ポンプ 1 3を停止してバイパス 運転を停止する。 次に、 ステップ S 3で凍結防止モード①を解除しない場合、 つ まり、 外気温が凍結防止解除外気温以上でないと共に、 入水温度が凍結防止解除 入水温以上でない場合に、 ステップ S 5へ移行する。
このステップ S 5では、入水温度が上記低温基準値（例えば、 1 °C) 以下で、 かつ上記凍結防止モード①が所定時間 （例えば、 3 0分） 以上継続したかを判断 する。 この凍結防止モード①の継続時間は、 上記タイマ手段 3 7にて計測する。 すなわち、 上記凍結防止モード①が所定時間継続しているにもかかわらず、 入水 温度が上記低温基準値以下であれば、 ステップ S 6の凍結防止モード②へ移行す る。 そして、 ステップ S 5で、 凍結防止モード①が所定時間経過していても入水 温度が低温基準値を超えていれば、 ステップ S 3に戻る。
ここで、 凍結防止モード②とは、 循環路 1 2の温湯が湯入口 1 1から貯湯タ ンク 3に返流するように、 上記切換手段 1 5を切換えて、 圧縮機 2 5を駆動させ る通常の沸上げ運転モードをいう。 したがって、 凍結防止モード②では、 取水口 1 0から循環路 1 2に入った水 （未加熱水） を熱交換路 1 4にて沸上げて湯入口 1 1から貯湯タンク 3に返流する加熱の凍結防止運転となって、 循環路 1 2の凍 結を確実に防止することができる。 しかも、 沸上げられた温湯を湯入口 1 1から 貯湯タンク 3へ供給するので、 出湯口 6から出湯される利用側の湯の温度を低下 させることがない。
凍結防止モード②に移行した後は、 ステップ S 7へ移行して、 ステップ S 3 と同様、 外気温が上記凍結防止基準外気温よりも所定値だけ高い凍結防止解除外 気温 （例えば、 6 °C) 以上か、 または入水温度が上記凍結防止基準入水温よりも 所定値だけ高い凍結防止解除入水温（例えば、 6 °C)以上かを判断する。 つまり、 凍結防止モード②を解除するか否かを判断する。 解除でなければ、 凍結防止モー ド②をさらに続行する。 解除であれば、 ステップ S 4へ移行し、 この凍結防止モ 一ド②を解除してステップ S 1に戻る。
このように、 循環路 1 2が凍結するおそれがある条件において、 循環路 1 2 の水を循環させ、 さらには、 熱交換路 1 4を使用して加熱することによって、 凍 結を防止することができる。 しかも、 熱交換路 1 4を使用して加熱しない場合で あっても、 低温の水を貯湯タンク 3の上部に返流させないので、 この低温の水が 貯湯タンク 3の上部の高温の温湯と混合しない。 この結果、 出湯口 6から出湯さ れる温湯の温度を低下させることがなく、 安定して高温の温湯を使用することが できる。 すなわち、 バイパス運転 （循環の凍結防止運転） を行っても、 使用する 温湯を低下させないので、 無駄な沸上げ運転を行う必要がなくなって、 省エネを 達成することができる。 しかも、 凍結するおそれがなくなれば、 循環の凍結防止 運転および加熱の凍結防止運転を停止することができ、 無駄な運転を回避するこ とができる。 また、他の制御方法として、次の図 4のフローチヤ一トのようにしてもよい。 この場合、 ステップ S I 1において、 外気温が凍結防止基準外気温 （例えば、 3 °C) 以下かつ出湯温度が凍結防止基準出湯温 （例えば、 3 °C) 以下であるか否か を判断する。 そして、 これらが以下でなければそのままの停止状態を継続し、 両 温度がそれ以下であれば、 ステップ S 1 2へ移行して凍結防止モード① （バイパ ス用通路 1 7を水が循環するモード） に入る。 したがって、 この凍結防止モード ①では、 外気が低下すると共に、 循環路 1 2の水の温度が低下して、 この循環路 1 2が凍結するおそれが生じた際に、 循環路 1 2内の水が循環する循環の凍結防 止運転を行って凍結を防止することができる。
その後はステップ S 1 3へ移行して、 凍結防止モード①を解除するか否かを 判断する。 すなわち、 外気温が上記凍結防止基準外気温よりも所定値だけ高い凍 結防止解除外気温 （例えば、 6 °C) 以上であるか、 または所定時間 （例えば 6 0 秒） 経過したかを判断する。 この所定時間のカウント開始としては、 入水温度が 上記凍結防止基準入水温 （例えば、 3 °C) よりも所定値だけ高い凍結防止解除温 (例えば、 6 °C) 以上であり、 かつ出湯温度が上記凍結防止基準出湯温 （例えば、 3 °C) よりも所定値だけ高い凍結防止解除温 （例えば、 6 °C) 以上となったとき である。 そして、 上記ステップ S 1 3でどちらかの条件が成立すれば、 ステップ S 1 4へ移行して凍結防止モードを解除する。 すなわち、 水循環ポンプ 1 3を停 止してバイパス運転を停止する。
次に、 ステップ S 1 3で凍結防止モード①を解除しない場合、 つまり、 外気 温が凍結防止解除外気温以上でないと共に、 所定時間経過していない場合に、 ス テツプ S 1 5へ移行する。 なお、 ステップ S 1 3での所定時間のカウントは上記 タィマ手段 3 7にて計測する。
このステップ S 1 5では、 入水温度が低温基準値 (例えば、 1 °C) 以下か又 は出湯温度が低温基準値 （例えば、 1 °C) 以下であるかを判断する。 すなわち、 入水温度か出湯温度のどちらかが低温基準値であれば、 ステップ S 1 6の凍結防 止モード② （加熱の凍結防止運転） へ移行する。 そして、 ステップ S 1 5で、 入 水温度も出湯温度も低温基準値を越えていれば、 ステップ S 1 3に戻る。 したが つて、凍結防止モード②では、取水口 1 0から循環路 1 2に入った水（未加熱水） を熱交換路 1 4にて沸上げて湯入口 1 1から貯湯タンク 3に返流する加熱の凍結 防止運転となって、 循環路 1 2の凍結を確実に防止することができる。 しかも、 沸上げられた温湯を湯入口 1 1から貯湯タンク 3へ供給するので、 出湯口 6から 出湯される利用側の湯の温度を低下させることがない。
凍結防止モード②に移行した後は、 ステップ S 1 7へ移行して、 ステップ S 1 3と同様、 外気温が上記凍結防止基準外気温よりも所定値だけ高い凍結防止解 除外気温 （例えば、 6 °C) 以上であるか、 または所定時間 （例えば 6 0秒） 経過 したかを判断する。 つまり、 凍結防止モード②を解除するか否かを判断する。 解 除でなければ、 凍結防止モード②をさらに続行する。 解除であれば、 ステップ S 1 4へ移行し、 この凍結防止モード②を解除してステップ S 1 1に戻る。 ところで、 上記実施の形態では、 外気温と、 入水温度 （又は出湯温度） とが ともに基準温度以下である場合に凍結防止モード①に入っていたが、 外気温が凍 結防止基準外気温以下、 又は入水温度 （出湯温度） が凍結防止基準温以下であれ ば、 凍結防止モード①になるようにしてもよい。 このように、 どちらか一方のみ に基づく場合、 制御の演算処理等の簡略化を図ることができる。 このため、 凍結 防止モード①に入る場合、 外気温のみ、 入水温度のみ、 出湯温度のみをもって判 断基準としてもよく、 さらには、 これら 3種類のうち任意に 2種類を選択してそ れらを判断基準としたり、 又は 3種類全部を判断基準したり してもよい。
また、 凍結防止モード解除を行う場合、 つまり図 3のステップ S 3ゃステツ プ S 7において、 入水温度に代えて出湯温度を判断基準としたり、 外気温が凍結 防止解除外気温以上でかつ入水温度及び/又は出湯温度が凍結防止解除温以上で なければ、 凍結解除を行わないようにしてもよい。
さらに、 図 4のステップ S 1 3やステップ S 1 7において、 外気温が凍結防 止解除外気温以上でかつ所定時間経過したときにでなければ、 凍結解除を行わな いようにしてもよく、 さらに、 この所定時間のカウント開始を、 入水温度又は出 湯温度のどちらかのみを基準とすることも可能である。
また、 図 3のステップ S 5において、 入水温度に代えて出湯温度を判断基準 とすることができ、 入水温度のみ、 出湯温度のみ、 凍結防止モード①の継続時間 のみに基づいて判断してもよく、 さらには外気温に基づいて判断してもよい。
さらに、 図 4のステップ S 1 5で、 入水温度及び出湯温度が共に基準温以下 でなければ、 ステップ S 1 6へ移行しないようにすることも可能である。
以上、 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、 冷媒としては、 ジクロロジフルォロメタン （R— 1 2 )、 クロロジ フルォロメタン （R— 2 2 )、 1 ， 1， 1 ， 2—テトラフノレォロェタン （R— 1 3 4 a ) のような冷媒であっても、 二酸化炭素、 エチレン、 ェタン、 酸化窒素等 の超臨界で使用する冷媒であってもよい。 なお、 冷媒が超臨界で使用する冷媒で あれば、 水熱交換器 2 6は、 圧縮機 2 5にて圧縮された高温 ·高圧の超臨界冷媒 を冷却する機能を有するガス冷却器となる。
また、 凍結防止基準外気温や凍結防止基準温 （凍結防止基準入水温、 凍結防 止基準出湯温） や低温基準値は、 循環路 1 2が凍結するであろう温度に基づいて 決定 （設定） するものであるので、 使用する配管の長さや肉厚等に応じて変更す ることができる。 したがって、 凍結防止基準入水温と凍結防止基準出湯温とを相 違させても、 低温基準値において、 凍結防止基準入水温に対するものと、 凍結防 止基準出湯温に対するものとで相違させてもよい。
さらに、 上記図 3 'のステップ S 5において、 ヒートポンプユニッ トの沸上げ による加熱の凍結防止運転 （凍結運転モード②） を行う基準となる継続時間 （凍 結運転モード①の継続時間） も 3 0分に限るものではなく、 外気温や入水温度等 の種々の条件によって変更することができる。
また、 図 4のステップ S 1 3やステップ S 1 7においても、 凍結防止モード 解除の基準の所定時間も 6 0秒に限るものではない。
なお、 加熱の凍結防止運転を行う場合、 上記実施の形態では、 バイパス用流 路 1 7を使用することなく湯入口 1 1から貯湯タンク 3に返流させていたが、 ノ ィパス用流路 1 7を介して貯湯タンク 3に返流するようにしてもよい。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、 貯湯タンクに温湯 を貯湯するものに有用であり、 特に、 貯溜水が貯湯タンクと熱交換路との間を循 環するものに適している。

Claims

求 の 範
1. 貯湯タンク （3) と、
この貯湯タンク （3) の底部側の取水口 （1 0) とこの貯湯タンク （3) の 上部側の湯入口 （1 1) とを結ぶ循環路 （1 2) とを有し、
この循環路 （1 2) に水循環用ポンプ （1 3) と熱交換路 （1 4) とを設け、 この熱交換路 （14) をヒートポンプ式加熱源により加熱して、 上記取水口 ( 1 0) からの未加熱水を沸上げて上記湯入口 （1 1) に返流する沸上げ運転を 行うヒートポンプ式給湯装置において、
上記循環路（1 2)には、湯入口 （1 1)側から分岐して上記貯湯タンク （3) の底部側に接続されるバイパス用流路 （1 7) を設け、
外気温度が凍結防止基準外気温以下であるとき、 及び上記循環路 （1 2) 内 の水が凍結防止基準温以下であるときのすくなくともいずれか一方の場合には、 上記水循環用ポンプ（1 3) を駆動させ、 上記貯湯タンク （3) の水を取水口 （1 0) から上記循環路 （1 2) へ流出させて上記バイパス用流路 （1 7) を介して 上記貯湯タンク （3) の底部側に返流させる循環の凍結防止運転を行う ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 請求項 1において、
外気温度が凍結防止基準外気温以下であり、 かつ上記循環路 （1 2) 内の水 が凍結防止基準温以下であるときに、 上記循環の凍結防止運転を行う
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
3 · 請求項 1において、
上記循環路 （1 2) 内の水の温度が上記凍結防止基準温よりもさらに低い低 温基準値以下であるときには、 上記ヒートポンプ式加熱源の沸上げによる加熱の 凍結防止運転を行う
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
4 . 請求項 1において、
上記循環の凍結防止運転を所定時間継続した後、 上記循環路 （1 2 ) 内の水 の温度が上記凍結防止基準温よりもさらに低い低温基準値以下であるときには、 上記ヒー トポンプ式加熱源の沸上げによる加熱の凍結防止運転を行う
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
5 . 請求項 1、 請求項 3又は請求項 4において、
外気温度が上記凍結防止基準外気温よりも高い凍結防止解除外気温以上、 及 び上記循環路 （1 2 ) 内の水の温度が上記凍結防 基準温よりも高い凍結防止解 除温以上のすくなくともいずれか一方の場合に、 上記凍結防止運転を停止する ことを特徴とするヒー トポンプ式給湯装置。
6 . 請求項 1、 請求項 3又は請求項 4において、
外気温度が上記凍結防止基準外気温よりも高い凍結防止解除外気温以上、 及 び上記循環路 （1 2 ) 内の水の温度が上記凍結防止基準温よりも高い凍結防止解 除温以上となったときから所定時間を経過したときのすくなく とも一方の場合 に、 上記凍結防止運転を停止する
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
7 . 請求項 1、 請求項 3又は請求項 4において、
上記凍結防止基準温は、 上記循環路 （1 2 ) の熱交換路 （1 4 ) の前位側に 対する温度である
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
8 . 請求項 1、 請求項 3又は請求項 4において、
上記凍結防止基準温は、 上記循環路 （1 2 ) の熱交換路 （1 4 ) の後位側に 対する温度である
ことを特徴とするヒー トポンプ式給湯装置。
9. 請求項 1、 請求項 3又は請求項 4において、
上記凍結防止基準温は、 上記循環路 （1 2) の熱交換路 （ 1 4) の前位側に 対する温度と後位側に対する温度とを選択して設定される
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
1 0. 請求項 1、 請求項 3又は請求項 4において、
上記凍結防止基準温は、 上記循環路 （ 1 2) の熱交換路 （ 14) の前位側及 ぴ後位側に対する温度である
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
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