JP2002048398A

JP2002048398A - ヒートポンプ式給湯装置

Info

Publication number: JP2002048398A
Application number: JP2000230527A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamaguchi; 貴弘山口
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時、除霜中、あるいは除霜復帰後に、貯
湯タンクの貯湯の温度を低下させることなく、高温出湯
温度を保持することができるヒートポンプ式給湯装置を
提供する。【解決手段】循環路４にポンプ５と熱交換路６とを介
設し、熱交換路６をヒートポンプ式加熱源により加熱
し、取水口２からの未加熱水を熱交換路６にて所定温度
にまで沸上げ、所定温度の温湯を給湯口３に返流させる
給湯運転を行う。取水口２と給湯口３とをバイパスする
バイパス回路１７と、給湯運転状態とバイパス回路１７
を通る再加熱運転状態とに切換える切換手段１９と、給
湯口３側の温度を検知する温度検知手段４０とを備え
る。制御手段にて、温度検知手段４０にて検知された検
知温度が予め設定された再加熱判定温度より低いときに
再加熱運転状態に切換手段１９を切換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプ式
給湯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式給湯装置としては、貯湯
タンクと、この貯湯タンクの底部側に設けた取水口と上
記貯湯タンクの頂部側に設けた給湯口とを結ぶ循環路と
を有し、循環路にポンプと熱交換路とを介設し、上記熱
交換路をヒートポンプ式加熱源により加熱し、上記取水
口からの未加熱水を上記熱交換路にて所定温度にまで沸
上げ、所定温度の温湯を給湯口に返流させる給湯運転を
行うように構成したものは従来より知られている（例え
ば、特開平１１−１４１４１号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記ヒー
トポンプ式給湯装置においては、起動時、除霜中、ある
いは除霜復帰後に、給湯口に返流される温湯の温度が低
下している場合があり、そのような場合に給湯運転を行
えば、貯湯タンク内の貯湯の温度を低下させ、高温出湯
温度を保持することができないという問題がある。その
ため、従来では、ヒートポンプ式加熱源とは別の熱源を
設けたりして、装置全体が大型化したり複雑化すると共
に、コスト高となっていた。

【０００４】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、起動時、除霜
中、あるいは除霜復帰後に、貯湯タンク内の貯湯の温度
を低下させることなく、高出湯温度を保持することが可
能なヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１のヒート
ポンプ式給湯装置は、貯湯タンク１と、この貯湯タンク
１の底部側に設けた取水口２と上記貯湯タンク１の頂部
側に設けた給湯口３とを結ぶ循環路４とを有し、循環路
４にポンプ５と熱交換路６とを介設し、上記熱交換路６
をヒートポンプ式加熱源により加熱し、上記取水口２か
らの未加熱水を上記熱交換路６にて所定温度にまで沸上
げ、所定温度の温湯を給湯口３に返流させる給湯運転を
行うように構成したヒートポンプ式給湯装置において、
上記取水口２と給湯口３とをバイパスするバイパス回路
１７と、給湯運転状態とこのバイパス回路１７を通る再
加熱運転状態とに切換える切換手段１９と、上記循環路
４における熱交換路６の出口側の温度を検知する温度検
知手段４０と、この温度検知手段４０にて検知された検
知温度が予め設定された再加熱判定温度より低いときに
再加熱運転状態に上記切換手段１９を切換える制御手段
４２とを備えていることを特徴としている。

【０００６】上記請求項１のヒートポンプ式給湯装置で
は、温度検知手段４０にて検知される温度が予め設定さ
れた再加熱判定温度より低いときに、再加熱運転状態と
なるので、この循環路４において循環する水（温湯）が
ヒートポンプ式加熱源にて再加熱される。従って、低い
温度のままの温湯が貯湯タンク１に返流されず、貯湯タ
ンク１内の貯湯の温度の低下を招かない。

【０００７】また請求項２のヒートポンプ式給湯装置
は、上記循環路４内の水を加熱する他の加熱手段４５を
設け、上記検知温度が再加熱判定温度よりも低い場合で
あっても、高温域状態では上記ヒートポンプ式加熱源と
上記加熱手段４５とを併用して給湯運転を行う一方、低
温域状態ではヒートポンプ式加熱源による再加熱運転を
行うことを特徴としている。

【０００８】上記請求項２のヒートポンプ式給湯装置で
は、低温域状態ではヒートポンプ式加熱源により再加熱
し、高温域状態では上記加熱手段４５を併用して加熱す
る給湯運転を行うことができ、効率よく貯湯タンク１の
給湯温度を上昇させることができる。

【０００９】さらに請求項３のヒートポンプ式給湯装置
は、上記循環路４の熱交換路６の入口側に取水を溜める
補助タンク５０を設けたことを特徴としている。

【００１０】上記請求項３のヒートポンプ式給湯装置で
は、補助タンク５０内に取水を溜めることができ、これ
により、補助タンク５０で温湯を混合することができ、
再加熱運転から給湯運転への切換わり時において、貯湯
タンク１の下部の低温の水をそのまま熱交換路６に送り
込むことがなくなって、熱交換路６内への入水温度の急
激な変動を抑えることができ、給湯温度の上昇を安定し
て行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】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。

【００１２】図１は、ヒートポンプ式給湯装置の水系統
及び冷媒系統を示す回路図である。即ち、水系統は、貯
湯タンク１と、この貯湯タンク１の底部側に設けた取水
口２と貯湯タンク１の頂部側に設けた給湯口３とを結ぶ
循環路４とを有する。そして、この循環路４には、ポン
プ５と熱交換路６が設けら、貯湯タンク１の取水口２と
ポンプ５とが取水管８にて連通連結され、ポンプ５と熱
交換路６とが弁１０を有する配管１１で連通連結され
る。ここで、熱交換路６は、以下で述べる冷媒系統回路
の凝縮器として機能する水熱交換器９の一部を構成する
もので、凝縮冷媒と熱交換可能に設けられている。さら
に、給湯口３には、台所等の蛇口（図示省略）等に接続
される配管１２が接続され、この配管１２と熱交換路６
とは配管１３を介して接続される。従って、取水管８と
ポンプ５と熱交換路６と配管１３等にて上記循環路４が
形成される。また、上記貯湯タンク１の底部側には、給
水口１４が設けられ、この給水口１４には、給水圧を加
えながら貯湯タンク１に市水を供給するための給水配管
１５が接続されている。なお、この貯湯タンク１の下部
には温度検知サーミスタ１６が付設されている。

【００１３】また、取水口２と給湯口３とをバイパスす
るバイパス回路１７が設けられ、このバイパス回路１７
と配管１３との接続部位には、３方弁１８が配設されて
いる。即ち、この３方弁１８が、給湯運転状態とこのバ
イパス回路１７を通る再加熱運転状態とに切換える切換
手段１９となる。ここで、給湯運転状態とは、取水口２
からの未加熱水を上記熱交換路６にて所定温度にまで沸
上げ、所定温度の温湯を給湯口３に返流させる運転状態
をいい、再加熱運転状態とは、温湯を給湯口３に返流さ
せることなく、バイパス回路１７を使用して循環路４内
を温湯が循環する状態をいう。

【００１４】次に、冷媒系統について説明すれば、これ
らは主として室外側に設けられたものであって、圧縮機
２０と室外熱交換器２１と四路切換弁２２とを有してい
る。四路切換弁２２の一方の１次ポートと圧縮機２０と
が開閉弁２３の介設された吐出配管２４にて接続され、
この四路切換弁２２の他方の１次ポートが吸込配管２５
を介して圧縮機２０に接続されている。また、四路切換
弁２２の一方の２次ポートは、室内熱交換器２６に第１
ガス管２７にて接続され、この四路切換弁２２の他方の
２次ポートは、室外熱交換器２１に第２ガス管２８にて
接続される。さらに、室外熱交換器２１と室内熱交換器
２６とは第１液管２９を介して接続される。この第１液
管２９には、室外熱交換器２１と室内熱交換器２６の近
傍においてそれぞれ電動膨張弁３０、３１が介設されて
いる。

【００１５】また、上記水熱交換器９の一端側には、上
記吐出配管２４に連結される第３ガス管３２が接続さ
れ、この水熱交換器９の他端側には、上記第１液管２９
に連結される第２液管３３が接続される。そして、この
第２液管３３には電動膨張弁３４が介設されている。上
記電動膨張弁３０、３１、３４の開閉を適宜制御するこ
とによって冷媒量の制御を行っている。また、この制御
は、後述する制御手段４２にて行ってもマイクロコンピ
ュータ等を用いた他の制御手段で行ってもよい。なお、
圧縮機２０には温度検知サーミスタ３５が付設されてい
る。

【００１６】ところで、このヒートポンプ式給湯装置に
は、図２に示すように、循環路４における熱交換路６の
出口側の温度を検知する検知手段４０と、この検知手段
４０にて検知された温度と予め設定された設定温度とを
比較する比較手段４１と、この比較手段４１の結果に基
づいて上記３方弁１８にて構成される切換手段１９を作
動させる制御手段（給湯判定コントローラ）４２とを備
える。なお、切換手段１９と制御手段４２としては、Ｃ
ＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイ
クロコンピュータを用いて構成される。

【００１７】検知手段４０は、具体的には、図１に示す
ように、給湯側の温度検知サーミスタ４３（具体的に
は、熱交換路６の出口と３方弁１８との間）を備え、サ
ーミスタ４３からのデータ（検知温度）が比較手段４１
（図１においては図示省略している。）に入力される。
この場合、温度検知サーミスタ４３にて検知された温度
をＴo とする。そして、制御手段４２では、この比較に
従って上記切換手段１９を作動する。即ち、検知温度
が、予め設定された再加熱判定温度より低いときに、切
換手段１９である３方弁１８を切換えて、上記バイパス
回路１７を通る再加熱運転状態とする。この再加熱運転
状態では、給湯運転が停止されることになる。ここで、
再加熱判定温度とは、任意に設定でき、貯湯タンク１の
給湯温度が低くこの温度の湯を貯湯タンク１に給湯した
場合に、この貯湯タンク１内の貯湯温度の低下を招くお
それがある温度をいう。具体的には、例えば、５５℃と
される。

【００１８】次に、上記のように構成された装置の定常
の給湯運転状態について説明する。まず、開閉弁２３を
閉状態として、水熱交換器９を凝縮器として機能させる
と共に、室外熱交換器２１を蒸発器として機能させるよ
うに、四路切換弁２２を切換ておき、圧縮機２０を駆動
する。これによって、冷媒が、圧縮機２０から水熱交換
器９、室外熱交換器２１へと流通する。この場合、３方
弁１８を作動させて、バイパス回路１７を閉状態として
配管１３と給湯口３とを連通状態とすると共に、貯湯タ
ンク１の取水口２を開状態として、ポンプ５を作動させ
る。そうすると、貯湯タンク１の底部の取水口２から貯
溜水が流出し、これが取水管８を介して熱交換路６を流
通する。このときこの水は凝縮器として機能している水
熱交換器９において加熱され、配管１３を通って再び貯
湯タンク１内の上部へ返流される。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１の上端側
から下端側へと温湯が次第に貯溜され、給湯運転状態が
続く。

【００１９】ところで、この装置では、室内の冷暖房を
行うこともできる。まず、暖房運転動作について説明す
れば、第３ガス管３２と第２液管３３とをそれぞれ遮断
状態すると共に、開閉弁２３を開状態とし、室内熱交換
器２６を凝縮器として機能させ、室外熱交換器２１を蒸
発器として機能させるように設定する。即ち、圧縮機２
０を駆動すると、冷媒がこの圧縮機２０から室内熱交換
器２６、室外熱交換器２１へと流通し、室外器熱交換器
２１が蒸発器として機能すると共に、室内熱交換器２６
が凝縮器として機能し、これによって、暖房運転を行う
ことができる。また、四路切換弁２２を切り換えて、室
外器熱交換器２１を凝縮器として機能させると共に、室
内熱交換器２６を蒸発器として機能させれば、冷房運転
を行うことができる。

【００２０】次に、この実施形態において特徴的なこの
ヒートポンプ式給湯装置の動作について、図３に示すフ
ローチャート図に従って説明する。まず、バイパス弁
（３方弁１８）の制御を始め（ステップＳ１）、ステッ
プＳ２において、Ｔo （給湯温度）を検知手段４０にて
検知してこの給湯温度を比較手段４１に入力する。次
に、ステップＳ３において、この検知したＴo と給湯判
定温度とを比較して、Ｔoが給湯判定温度を超えてお
り、かつ３方弁１８がＯＮ状態である場合はステップＳ
４に移行して、３方弁１８をＯＦＦ状態（給湯運転状
態）とし、そのまま給湯運転を続行する。Ｔo が給湯判
定温度より低い場合はステップＳ５に移行して、このＴ
o と再加熱判定温度とを比較する。ここで、給湯判定温
度とは、再加熱判定温度より高い温度であって、任意に
設定することができ、例えば６０℃位に設定することが
できる温度である。

【００２１】そして、Ｔo が再加熱判定温度より高い場
合、あるいは３方弁１８がＯＮ状態である場合には、そ
のままの運転状態を続行し、Ｔo が再加熱判定温度を下
回っており、かつ３方弁１８がＯＦＦ状態である場合は
ステップＳ６に移行して３方弁１８をＯＮ状態とし、バ
イパス回路１７を開状態として再加熱運転状態とする。
再加熱運転状態とすることによって、このヒートポンプ
式加熱源にて循環路４内の水（温湯）の温度を上昇させ
る。その後は、ステップＳ１に戻って、以後同様の制御
を繰返す。

【００２２】上述のような制御を繰り返すことにより、
貯湯タンク１に給湯すれば、この貯湯タンク１の温度が
低下するおそれがある場合に、一時、貯湯タンク１への
給湯を停止し、貯湯タンク１内の温湯の温度が低下しな
い程度に、循環路４内の温湯の温度を上昇させることが
でき、この上昇した温湯を貯湯タンク１に返流すること
ができる。また、この場合、給湯判定温度と再加熱判定
温度とを設定することによって、３方弁１８の切換え回
数の低減を図ってこの３方弁１８のチャタリングを有効
に防止している。

【００２３】図４と図５は、ヒートポンプ式給湯装置の
他の実施の形態を示し、この場合、熱交換路６の出口側
に、この循環路４の湯を加熱する加熱手段４５（ヒート
ポンプ加熱源とは別のもの）を備えている。この加熱手
段４５としては、例えば、電気ヒータを使用する。ま
た、温度検知手段４０は、上述の温度検知サーミスタ４
３と、貯湯タンク１のより給湯口３側（ヒータ４５から
の出口側）に配置される温度検知サーミスタ４４とを備
える。この温度検知サーミスタ４４は、貯湯タンク１へ
の給湯直前の温湯の温度Ｔｂを監視するものである。そ
して、この場合、検知温度Ｔｏが再加熱判定温度（５５
℃）よりも低い場合であっても、この湯温Ｔｏが高温域
状態（５０℃以上）にある場合と、低温域状態（５０℃
未満）にある場合とに分け、制御手段４２が、比較手段
４１の比較に基づいて、高温域状態で上記加熱手段４５
を作動（駆動）させる。なお、図１の実施の形態の構成
部と同一の構成部は同一の参照符号を付してその説明を
省略する。

【００２４】次に、この図４に示したヒートポンプ式給
湯装置の動作を図６に示すフローチャート図に従って説
明する。この場合、図３に示すフローチャート図のステ
ップＳ１〜ステップＳ５と同様であるのでその説明を省
略する。

【００２５】まず、ステップＳ５においては、Ｔo が再
加熱判定温度より高い場合、あるいは３方弁１８がＯＮ
状態の場合（再加熱運転を行っている場合）にはそのま
まの運転状態を続行し、その一方、Ｔo が再加熱判定温
度を下回っており、かつ３方弁１８がＯＦＦ状態の場合
（給湯運転を行っている場合）はステップＳ７に移行し
て、加熱手段選択（加熱手段４５による加熱を行うか否
かの判定）を行う。即ち、検知温度Ｔo が低温域状態で
あれば、ステップＳ８に移行して、ヒートポンプ式加熱
源による再加熱を続行し、高温域状態であれば、ヒート
ポンプ式加熱源による加熱と加熱手段４５による加熱
（電気ヒータＯＮ）とを併用しながら給湯運転を継続す
る（ステップＳ９）。なお、ステップＳ７においては、
温度検知サーミスタ４４の温度Ｔｂを監視し、ヒータ加
熱によって充分な効率、応答性が得られない場合には、
ステップＳ８へと移行するような制御も併せて行ってい
る。

【００２６】従って、このヒートポンプ式給湯装置にお
いても、貯湯タンク１に給湯すれば、この貯湯タンク１
の温度が大幅に低下するおそれがある場合に、一時、貯
湯タンク１への給湯を停止し、貯湯タンク１の温度が低
下しない程度に、循環路４内の湯水の温度を上昇させる
ことができる。また、循環路４内の湯水の温度を低温域
状態と高温域状態とに分離し、低温域状態では、ヒート
ポンプ式加熱源による加熱を行い、高温域状態ではヒー
タからなる加熱手段４５を併用して給湯運転することが
き、効率よく加熱することができる。

【００２７】次に、図７はさらに別のヒートポンプ式給
湯装置を示し、この場合、上記循環路４の熱交換路６の
入口側に取水を溜める補助タンク５０を設けている。な
お、図１の実施の形態の構成部と同一の構成部は同一の
参照符号を付してその説明を省略する。

【００２８】この図７に示すヒートポンプ式給湯装置で
は、上述の図１に示すヒートポンプ式給湯装置と同様、
貯湯タンク１に給湯すれば、この貯湯タンク１の温度が
低下するおそれがある場合に、一時、貯湯タンク１への
給湯を停止し、貯湯タンク１内の温湯の温度が低下しな
い程度に、循環路４内の温湯の温度を上昇させることが
でき、この上昇した温湯を貯湯タンク１に返流すること
ができる。しかも、補助タンク５０内に取水を溜めるこ
とができ、これにより、補助タンク５０で温湯を混合す
ることができ、再加熱運転から給湯運転への切換わり時
において、貯湯タンク１の下部の低温の水をそのまま熱
交換路６に送り込むことがなくなって、熱交換路６内へ
の入水温度の急激な変動を抑えることができ、ヒートポ
ンプ運転を安定して行うことができる。

【００２９】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。すなわち本実施の形態では、バイパス回路
１７の開状態では、循環路４内を水が循環するので、ヒ
ートポンプの運転停止状態において、バイパス回路１７
の開状態として、この循環路４内に水が循環するように
すれば、冬場等においてこの循環路４が凍結するのを防
止することができる利点がある。

【００３０】

【発明の効果】上記請求項１のヒートポンプ式給湯装置
では、温度検知手段４０にて検知される温度が予め設定
された再加熱判定温度より低いときに、再加熱運転状態
となるので、この循環路において循環する水（温湯）が
ヒートポンプ式加熱源にて加熱され、検知される温度が
この給湯判定温度を超えると、通常の給湯運転状態に戻
る。従って、低い温度のままの温湯が貯湯タンクに返流
されず、貯湯タンク内の貯湯の温度の低下を招かない。
また、貯湯タンクへの給湯温度を上昇させることができ
るので、この貯湯タンクの小型化を図ることができる。
さらに、給湯運転状態と再加熱運転状態の切換は、自動
的に行われ、別途運転切換操作等を行う必要がなく、こ
の装置全体としての操作性が向上する。

【００３１】上記請求項２のヒートポンプ式給湯装置で
は、高温域状態において、ヒートポンプ加熱と別の加熱
手段とを併用して循環路内の水を加熱する給湯運転を行
うことができ、効率よく貯湯タンクへの給湯温度を上昇
させることができる。

【００３２】上記請求項３のヒートポンプ式給湯装置で
は、補助タンク内に取水を溜めることができ、熱交換路
内への入水温度の急激な変動を抑えることができ、ヒー
トポンプ運転を安定して行うことができる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態であるヒートポンプ式
給湯装置の水系統及び冷媒系統回路図である。

【図２】このヒートポンプ式給湯装置の簡略ブロック図
である。

【図３】このヒートポンプ式給湯装置の制御フローチャ
ート図である。

【図４】他のヒートポンプ式給湯装置の水系統及び冷媒
系統回路図である。

【図５】このヒートポンプ式給湯装置の簡略ブロック図
である。

【図６】このヒートポンプ式給湯装置の制御フローチャ
ート図である。

【図７】別のヒートポンプ式給湯装置の水系統及び冷媒
系統回路図である。

【符号の説明】

１貯湯タンク２取水口３給湯口４循環路５ポンプ６熱交換路１７バイパス回路１９切換手段４２制御手段４５加熱手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯湯タンク（１）と、この貯湯タンク
（１）の底部側に設けた取水口（２）と上記貯湯タンク
（１）の頂部側に設けた給湯口（３）とを結ぶ循環路
（４）とを有し、循環路（４）にポンプ（５）と熱交換
路（６）とを介設し、上記熱交換路（６）をヒートポン
プ式加熱源により加熱し、上記取水口（２）からの未加
熱水を上記熱交換路（６）にて所定温度にまで沸上げ、
所定温度の温湯を給湯口（３）に返流させる給湯運転を
行うように構成したヒートポンプ式給湯装置において、
上記取水口（２）と給湯口（３）とをバイパスするバイ
パス回路（１７）と、給湯運転状態とこのバイパス回路
（１７）を通る再加熱運転状態とに切換える切換手段
（１９）と、上記循環路（４）における熱交換路（６）
の出口側の温度を検知する温度検知手段（４０）と、こ
の温度検知手段（４０）にて検知された検知温度が予め
設定された再加熱判定温度より低いときに再加熱運転状
態に上記切換手段（１９）を切換える制御手段（４２）
とを備えていることを特徴とするヒートポンプ式給湯装
置。
【請求項２】上記循環路（４）内の水を加熱する他の
加熱手段（４５）を設け、上記検知温度が再加熱判定温
度よりも低い場合であっても、高温域状態では上記ヒー
トポンプ式加熱源と上記加熱手段（４５）とを併用して
給湯運転を行う一方、低温域状態ではヒートポンプ式加
熱源による再加熱運転を行うことを特徴とする請求項１
のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】上記循環路（４）の熱交換路（６）の入
口側に取水を溜める補助タンク（５０）を設けたことを
特徴とする請求項１又は請求項２のヒートポンプ式給湯
装置。