JP2003106691A

JP2003106691A - 温水供給装置

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Publication number: JP2003106691A
Application number: JP2001302125A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Oka; 恭彦岡; Takeshi Hiwada; 武史桧皮
Original assignee: Daikin Industries Ltd; Kansai Electric Power Co Inc; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Daikin Industries Ltd; Kansai Electric Power Co Inc; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP3564687B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水熱交換器への入水温度が上昇しても、運転
時間の短縮を図ることができると共に、ＣＯＰの低下を
抑えることが可能な温水供給装置を提供する。【解決手段】圧縮機２５と水熱交換器２６と減圧機構
２４と蒸発器３０とを有する冷媒回路Ｒを備える。冷媒
回路Ｒの冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いる。
水熱交換器２６が凝縮器として機能して、この水熱交換
器２６を通過する温水を加熱する。冷媒回路Ｒの冷媒循
環量を、水熱交換器２６の入水温度が高いときには低い
ときよりも増加させる。

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、温水供給装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温水供給装置として、圧縮機と水熱交換
器と減圧機構と蒸発器とを有する冷媒回路を備えたもの
があり、この場合、水熱交換器が凝縮器として機能し
て、この水熱交換器を通過する温水（水）を加熱するも
のである。また、この種の温水供給装置には給湯を目的
としたものがあり、このような場合、貯湯タンクを備
え、貯湯タンクの底壁の取水口から循環路へ水（温水）
を流出させ、循環路に設けられる熱交換路（上記水熱交
換器にて構成する）にて沸上げ、この沸上げた温湯を貯
湯タンクの上部の給水口を介してこの貯湯タンクに返流
させる。これによって、貯湯タンクに高温の温湯を貯め
るものである。そして、近年では夜間の電力使用料が安
く設定されるため、夜間において運転して高温の温水を
貯湯タンクに貯えておくのが一般的であった。

【０００３】また、従来においては、上記冷媒回路の冷
媒として、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やク
ロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒が使用
されてきたが、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題か
ら、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３
４ａ）のような代替冷媒が使用されるようになってい
る。しかしながらこのＲ−１３４ａにおいても、依然と
して地球温暖化能が高いなどの問題があることから、近
年では、このような問題のない自然系冷媒を使用するこ
とが推奨されつつある。この自然系冷媒として炭酸ガス
等の超臨界冷媒が有用であることは、公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、沸上げてい
る場合において、高温の温水が貯湯タンクの下部にまで
貯まっている状態では、高温の温湯（温水）が循環路へ
流出することになる。このため、水熱交換器への入水温
度が上昇することになる。また、上記のように超臨界冷
媒を用いた場合には、一般には、その冷凍サイクルは図
１０の実線で示すものとなる。このため、水熱交換器へ
の入水温度が上昇(水温ＵＰ)すれば、図１０の２点鎖線
で示すように、凝縮過程でのエンタルピ差が狭くなり、
給湯能力及びＣＯＰが減少していた。ところで、運転時
間が長くなると、夜間のみでは貯湯することができず、
電力使用料が高額となる昼間において運転を行う必要が
あり、コスト高となり、さらには、いわゆる放熱ロスが
生じることになって、一層運転時間が大きくなるという
問題点もあった。

【０００５】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、水熱交換器へ
の入水温度が上昇しても、運転時間の短縮を図ることが
できると共に、ＣＯＰの低下を抑えることが可能な温水
供給装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の温水供
給装置は、圧縮機２５と水熱交換器２６と減圧機構２４
と蒸発器３０とを有する冷媒回路Ｒを備え、この冷媒回
路Ｒの冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用い、上記
水熱交換器２６が凝縮器として機能して、この水熱交換
器２６を通過する温水を加熱する温水供給装置であっ
て、上記冷媒回路Ｒの冷媒循環量を、上記水熱交換器２
６の入水温度が高いときには低いときよりも増加させる
ことを特徴としている。

【０００７】請求項１の温水供給装置では、水熱交換器
２６の入水温度が高くなって、凝縮過程でのエンタルピ
差が狭くなっても、冷媒回路Ｒの冷媒循環量を増加させ
るので、この冷媒回路Ｒの能力の低下を抑えることがで
きる。

【０００８】請求項２の温水供給装置は、上記圧縮機２
５の周波数を増加させて冷媒循環量を増加させる特徴と
している。

【０００９】上記請求項２の温水供給装置では、水熱交
換器２６の入水温度が高くなった場合の冷媒循環量の増
加を、確実に行うことできる。

【００１０】請求項３の温水供給装置は、上記水熱交換
器２６を温水が循環する循環回路を備え、この循環回路
の水循環用ポンプ１３の回転数を、上記水熱交換器２６
の入水温度が高いときには低いときよりも増加させるこ
とを特徴としている。

【００１１】上記請求項３の温水供給装置では、水熱交
換器２６の入水温度が高くなった場合には、循環回路の
水循環用ポンプ１３の回転数を増加させるものであるの
で、水（温水）流量が増加し、水側の伝熱促進が図れ
る。

【００１２】請求項４の温水供給装置は、上記冷媒回路
Ｒの高圧側の圧力を、上記水熱交換器２６の入水温度が
高いときには低いときよりも上昇させることを特徴とし
ている。

【００１３】上記請求項４の温水供給装置では、水熱交
換器２６の入水温度が高くなった場合には、冷媒回路Ｒ
の高圧側の圧力を上昇させることができ、これによっ
て、凝縮過程でのエンタルピ差を大きくとることができ
る。

【００１４】請求項５の温水供給装置は、上記減圧機構
２４を調整して高圧側の圧力を上昇させることを特徴と
している。

【００１５】上記請求項５の温水供給装置では、水熱交
換器２６の入水温度が高くなった場合の高圧側の圧力の
上昇を、確実に行うことができる。

【００１６】請求項６の温水供給装置は、上記圧縮機２
５の周波数を増加させて高圧側の圧力を上昇させること
を特徴としている。

【００１７】上記請求項６の温水供給装置では、水熱交
換器２６の入水温度が高くなった場合の高圧側の圧力の
上昇を、確実に行うことができる。

【００１８】請求項７の温水供給装置は、上記水熱交換
器２６にて沸上げられた温水が給湯用であることを特徴
としている。

【００１９】上記請求項７の温水供給装置では、水熱交
換器２６にて沸上げた温水を貯湯タンク３に貯える場合
に、水熱交換器２６への入水温度が上昇したとしても能
力が低下しないので、この貯湯タンク３に温水（温湯）
を貯めるための運転時間が大とならず、電気料金が安い
深夜のみの運転で十分この貯湯タンク３に所望の温度の
温水を貯めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、この発明の温水供給装置の
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はこの温水供給装置の簡略図を示し、こ
の温水供給装置は、この場合ヒートポンプ式給湯装置で
あり、タンクユニット１と熱源ユニット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。

【００２１】タンクユニット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浴槽等に供給され
る。そのため、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５
が設けられ、その上壁に出湯口６が設けられ、給水口５
から貯湯タンク３に水が供給され、出湯口６から高温の
温湯が出湯する。この場合、給水口５には逆止弁７を有
する給水用流路８が接続され、貯湯タンク３の底壁には
取水口１０が開設され、貯湯タンク３の側壁（周壁）の
上部には給湯口１１が開設されている。そして、取水口
１０と給湯口１１とが循環路１２にて連結され、この循
環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設
されている。

【００２２】また、貯湯タンク３には、上下方向に所定
ピッチで４個の残湯量検出器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、
１８ｄが設けられ、さらには、貯湯タンク３の上壁に温
度センサ１９が設けられている。上記各残湯量検出器１
８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ及び温度センサ１９は、
例えば、それぞれサーミスタからなる。また、上記循環
路１２には、熱交換路１４の上流側（具体的には、水循
環用ポンプ１３の上流側）に取水サーミスタ２０（後述
する水熱交換器２６への入水温度を検出する温度検出手
段２３を構成する）が設けられると共に、熱交換路１４
の下流側に出湯サーミスタ２１（沸上げ温度を検出する
温度検出手段２２を構成する）が設けられている。

【００２３】また、図１に示すように、熱源ユニット２
は冷媒回路Ｒを備え、この冷媒回路Ｒは、圧縮機２５
と、上記熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、液
ガス熱交換器２７と、レシーバ２８と、減圧機構２４を
構成する膨張弁２９と、蒸発器３０と、アキュームレー
タ３２等を有する。そして、この冷媒回路Ｒの冷媒とし
ては、例えば、超臨界で使用する二酸化炭素（ＣＯ２）
を用いる。なお、圧縮機２５と水熱交換器２６とを接続
する冷媒流路３１にはＨＰＳ３６が設けられている。

【００２４】次に、上記温水供給装置の運転動作（湯沸
かし運転）を説明する。圧縮機２５を駆動し、水熱交換
器２６を凝縮器として機能させる。次に、水循環用ポン
プ１３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１０から貯溜水（温湯）が流出し、
これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのとき
この温湯は凝縮器として機能している水熱交換器２６に
よって加熱され（沸上げられ）、給湯口１１から貯湯タ
ンク３の上部に返流される。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３に温湯が貯湯
されることになる。また、この運転時の冷凍サイクルは
図６（Ｐ−ｈ線図）の実線（通常）で示すようなサイク
ルとなる。図６のＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点
は、図１の各Ａ点〜Ｆ点に対応している。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。

【００２５】ところで、沸上げている場合において、高
温の温水が貯湯タンク３の下部にまで貯まっている状態
では、貯湯タンク３内の高温の温湯が取水口１０から循
環路１２に流出することになる。このような場合には、
水熱交換器２６の入水温度が上昇する。水熱交換器２６
の入水温度が上昇すれば、図１のＢ点は冷凍サイクル上
で図６のＢ´点（白丸）となり、図１のＥ点は冷凍サイ
クル上で図６のＥ´点（白丸）となる。すなわち、入水
温度が上昇（水温ＵＰ）すれば、図６の２点鎖線で示す
冷凍サイクルとなって、凝縮過程でのエンタルピ差が狭
くなり、給湯能力が低下してＣＯＰが低下する。この図
６において、Ｂ点〜Ｃ点、Ｂ´点〜Ｃ点が、液ガス熱交
換器２７による熱交換部分を示し、Ａ点〜Ｂ点、Ａ点〜
Ｂ´点が水熱交換器２６による熱交換部分を示してい
る。また、入水温度が上昇すれば、図７（Ｔ−Ｓ線図）
で示すように、入水温度がαであり、出口温度（吐出温
度）がβであるときに、入水温度がα´に上昇すれば、
吐出温度がβ´となる。

【００２６】このため、この温水供給装置では、入水温
度が上昇して冷凍サイクルが短くなれば（エンタルピ差
が狭くなれば）、冷媒回路Ｒの冷媒循環量を増加させ
て、給湯能力を低下させないようにするものであって、
図２に示すように、その制御部は、温度検出手段２３に
て検出された入水温度に基づいて、冷媒循環量を増加さ
せるための制御手段４０を備える。冷媒循環量を増加さ
せるには、例えば、圧縮機２５の周波数（回転周波数）
を増加させればよい。この場合、冷媒循環量を増加させ
ると共に、タンクユニット１の水循環用ポンプ１３の回
転数を増加させるようにしてもよい。

【００２７】また、冷媒循環量を増加させると共に、図
８の実線で示すように、吐出温度（温度検出手段２２に
て検出される温度）を上昇させたり、図９に示すよう
に、高圧側の圧力を上昇させたりして、冷凍サイクルを
大きくしてもよい。吐出温度を上昇させるには、例え
ば、圧縮機２５の周波数を増加させればよく、高圧側の
圧力を上昇させるには、例えば、減圧機構２４を構成す
る膨張弁２９を絞ったり、圧縮機２５の周波数を増加さ
せたりすればよい。

【００２８】次に、この制御手段４０による制御運転に
ついて図３のフローチャート図を使用して説明する。ス
テップＳ１において、温度検出手段２３にて入水温度を
検出し、ステップＳ２で温度が上昇しているか否かを判
断する。ここで、温度上昇の判断基準は、例えば、図４
に示す冷凍サイクルの入水温度を基準とし、この温度を
越えているか否かを判断する。そして、上昇していなけ
れば、この制御手段４０による制御運転を行うことな
く、入水温度の検出を続ける。上昇していれば、ステッ
プＳ３へ移行して、圧縮機２５の周波数を増加させて冷
媒循環量を増加させる。この場合、循環回路１２の水循
環用ポンプ１３の回転数を増加させるのが好ましい。次
に、ステップＳ４で沸上げ温度（吐出温度）を検出し
て、この温度が所望の沸上げ温度（例えば、８５℃位）
となっているか否か（吐出温度が正常か否か）を判断す
る。正常でなければ、ステップＳ３に戻り、正常であれ
ば、ステップ５へ移行して、冷媒循環量を増加させるの
を停止してその循環量を維持する共に、水循環用ポンプ
１２の回転数を増加させた場合には、その増加を停止し
てその回転数を維持する。その後は、ステップＳ６へ移
行して、この運転を停止するか否かを判断し、停止でな
いならば、つまり運転継続ならば、ステップＳ１に戻
り、停止ならば、この運転を停止する。

【００２９】ところで、ステップＳ３とステップＳ４と
の間において、図４に示すように、ステップＳ７へ移行
しても、図５に示すステップＳ８へ移行してもよい。ス
テップＳ７へ移行した場合、このステップＳ７で、高圧
側の圧力を増加させるか否を判断し、増加させない場
合、そのままステップＳ４へ移行し、圧力を増加させる
場合には、ステップＳ９へ移行して、図９に示すよう
に、圧力を増加させる。その後はステップＳ４へ移行す
る。また、ステップＳ８へ移行した場合、このステップ
Ｓ８で、吐出温度を上昇させるか否かを判断し、増加さ
せない場合、そのままステップＳ４へ移行し、吐出温度
を上昇させる場合には、ステップＳ１０へ移行して、図
８に示すように、吐出温度を上昇させる。その後はステ
ップＳ４へ移行する。

【００３０】また、ステップＳ７へ移行した場合には、
ステップＳ４において吐出温度が正常か否かを判断し
て、正常であれば、圧力の増加を停止してその圧力を維
持してステップＳ５へ移行する。正常でなければ、圧力
を増加させるステップＳ９へ戻る。ステップＳ８へ移行
した場合には、ステップＳ４において吐出温度が正常か
否かを判断して、正常であれば、吐出温度を上昇させる
のを停止してその吐出温度を維持してステップＳ５へ移
行する。正常でなければ、吐出温度を上昇させるステッ
プＳ９へ戻る。なお、ステップＳ７、Ｓ８へ移行する場
合、どちらを先行させてもよい。また、ステップＳ７を
先行した場合、ステップＳ８に移行することなくステッ
プＳ４へ移行させても、逆に、ステップＳ８を先行した
場合、ステップＳ７に移行することなくステップＳ４へ
移行させてもよい。

【００３１】このように、この温水供給装置によれば、
形成される冷凍サイクルが、水熱交換器２６の入水温度
が上昇することによって、短くなっても、冷媒循環量を
増加させることによって、温水供給装置としての湯沸か
し能力の低下を防止することができ、また、この冷媒循
環量の増加と水循環用ポンプ１３の回転数の増加とでも
って、貯湯タンク３の短時間の沸上げを可能とし、ＣＯ
Ｐの減少を防止することができる。さらに、高圧側の圧
力を上昇させたり、吐出温度を上昇させたりすれば、比
較的大きな冷凍サイクルを形成することができ、能率の
よい沸上げを行うことができる。

【００３２】ところで、この温水供給装置は、レシーバ
２８と液ガス熱交換器２７とを備えているが、このレシ
ーバ２８は、冷媒回路Ｒの冷媒循環量を適量に維持する
ためのものであり、液ガス熱交換器２７は、レシーバ２
８に充填する冷媒量を調整するためのものである。これ
により、適切な冷凍サイクルを維持することができ、安
定した沸上げ温度維持することができる。

【００３３】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。例えば、この温水供給装置にて沸上げられ
る温水を、給湯用以外の床暖房やパネルヒータ等に使用
してもよい。また、冷媒としては、二酸化炭素以外に、
エチレンやエタン、酸化窒素等の超臨界で使用する冷媒
であってもよい。さらに、冷媒循環量を増加させる場
合、圧縮機２５の周波数を増加させる制御のみであって
もよく、これに、高圧側の圧力を増加させ制御のみを付
加したり、吐出温度を上昇させる制御のみを付加ように
したり、さらには、圧力を増加させる制御と吐出温度を
上昇させる制御とを付加するようにしてもよい。また、
冷媒循環量の増加としては、直線状となるものであって
も、所定量づつ階段状となるものであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の温水供給装置によれば、水熱
交換器の入水温度が高くなって、凝縮過程でのエンタル
ピ差が狭くなっても、冷媒回路の能力の低下を抑えるこ
とができる。これによって、湯沸かし能力及びＣＯＰの
減少を防止することができる。

【００３５】請求項２の温水供給装置によれば、水熱交
換器の入水温度が高くなった場合の冷媒循環量の増加を
確実に行うことでき、制御が簡単であり、安定した沸上
げが可能となる。

【００３６】請求項３の温水供給装置によれば、水流量
が増加し、水側の伝熱促進が図れる。ので、能力低下を
防止することができると共に、所定量の温水（温湯）の
短時間に沸上げることができる。これによって、放熱ロ
スを防止することができ、効率のよい沸上げが可能とな
る。

【００３７】請求項４の温水供給装置によれば、凝縮過
程でのエンタルピ差を大きくとることができて、効率の
よい沸上げが一層可能となる。

【００３８】請求項５又は請求項６の温水供給装置によ
れば、高圧側の圧力の上昇を、確実に行うことができ、
より安定した沸上げが可能となる。

【００３９】請求項７の温水供給装置によれば、水熱交
換器にて沸上げた温水を貯湯タンクに貯える場合に、運
転時間が大とならず、電気料金が安い深夜のみの運転で
十分この貯湯タンクに所望の温度の温水を貯めることが
できる。これによって、大幅なコストの低減が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の温水供給装置の実施の形態を示す簡
略図である。

【図２】上記温水供給装置の制御部の簡略ブロック図で
ある。

【図３】上記温水供給装置の運転動作を示すフローチャ
ート図である。

【図４】上記温水供給装置の他の運転動作の要部を示す
フローチャート図である。

【図５】上記温水供給装置の別の運転動作の要部を示す
フローチャート図である。

【図６】上記温水供給装置の冷凍サイクルを示すＰ−ｈ
線図である。

【図７】上記温水供給装置の冷凍サイクルを示すＴ−Ｓ
線図である。

【図８】上記温水供給装置の吐出温度を上昇させた場合
の冷凍サイクルを示すグラフ図である。

【図９】上記温水供給装置の高圧側の圧力を上昇させた
場合の冷凍サイクルを示すグラフ図である。

【図１０】従来の温水供給装置の欠点を説明するための
冷凍サイクルのグラフ図である。

【符号の説明】

１３水循環用ポンプ２５圧縮機２６水熱交換器２４減圧機構３０蒸発器Ｒ冷媒回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２５Ｂ 30/02 Ｆ２５Ｂ 30/02 Ｊ // Ｆ２４Ｈ 1/00 ６１１Ｆ２４Ｈ 1/00 ６１１Ｑ (72)発明者岡恭彦滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ダイキン工業株式会社滋賀製作所内 (72)発明者桧皮武史大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（２５）と水熱交換器（２６）と
減圧機構（２４）と蒸発器（３０）とを有する冷媒回路
（Ｒ）を備え、この冷媒回路（Ｒ）の冷媒に超臨界で使
用する超臨界冷媒を用い、上記水熱交換器（２６）が凝
縮器として機能して、この水熱交換器（２６）を通過す
る温水を加熱する温水供給装置であって、上記冷媒回路
（Ｒ）の冷媒循環量を、上記水熱交換器（２６）の入水
温度が高いときには低いときよりも増加させることを特
徴とする温水供給装置。
【請求項２】上記圧縮機（２５）の周波数を増加させ
て冷媒循環量を増加させる特徴とする請求項１の温水供
給装置。
【請求項３】上記水熱交換器（２６）を温水が循環す
る循環回路を備え、この循環回路の水循環用ポンプ（１
３）の回転数を、上記水熱交換器（２６）の入水温度が
高いときには低いときよりも増加させることを特徴とす
る請求項１又は請求項２の温水供給装置。
【請求項４】上記冷媒回路（Ｒ）の高圧側の圧力を、
上記水熱交換器（２６）の入水温度が高いときには低い
ときよりも上昇させることを特徴とする請求項１又は請
求項２の温水供給装置。
【請求項５】上記減圧機構（２４）を調整して高圧側
の圧力を上昇させることを特徴とする請求項４の温水供
給装置。
【請求項６】上記圧縮機（２５）の周波数を増加させ
て高圧側の圧力を上昇させることを特徴とする請求項４
の温水供給装置。
【請求項７】上記水熱交換器（２６）にて沸上げられ
た温水が給湯用であることを特徴とする請求項１〜請求
項６のいずれかの温水供給装置。