JP2004053190A

JP2004053190A - Heat pump-type water heater

Info

Publication number: JP2004053190A
Application number: JP2002213623A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sakamoto; 坂本　真一; Takao Aizawa; 相澤　孝夫
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat pump-type water heater free from the blockage of piping caused by scale, and accurately detecting a tapping temperature. <P>SOLUTION: This heat pump-type water heater comprises a heat exchanging passage 11 heated by a heat pump unit 2. A contact-type tapping temperature detector 35 is mounted on the tapping piping 31 for supplying the hot-water of high temperature from the heat exchanging passage 11 along the tapping piping. An outer side of the tapping water detector 35 is covered by a heat-insulating material 42. The tapping temperature detector 35 is a temperature detecting thermistor 35a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯機としては、一般には図４に示すように、貯湯タンク５０を有するタンクユニット５１と、冷凍サイクル５２を有する熱源ユニット（ヒートポンプユニット）５３とを備える。また、冷凍サイクル５２は、圧縮機５４と水熱交換器（ガス冷却器）５５と膨張弁５７と蒸発器５８とを順に接続して構成される。そして、タンクユニット５１は、上記貯湯タンク５０と循環路５９とを備え、この循環路５９には、水循環用ポンプ６０と熱交換路６１とが介設されている。この場合、熱交換路６１は水熱交換器５５にて構成される。なお、循環路５９において、貯湯タンク５０から熱交換路６１までを入水用配管６２にて構成し、この熱交換路６１から貯湯タンク５０までを出湯用配管６３にて構成する。
【０００３】
上記装置においては、圧縮機５４を駆動させると共に、ポンプ６０を駆動（作動）させると、貯湯タンク５０の底部に設けた取水口から貯溜水（温湯）が循環路５９に流出し、これが熱交換路６１を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器５５によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口から貯湯タンク５０の上部に返流される。これによって、貯湯タンク５０に高温の温湯を貯めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ヒートポンプ式給湯機においては、熱交換路６１にて加熱された湯の温度（出湯温度）を検知して、正常に沸き上がっているか、目標温度に沸き上がっているか等を把握する必要があった。そのため、上記出湯用配管６３の出湯温度検知用サーミスタ６４を付設していた。この場合、従来では、図５に示すように、出湯用配管６３の断熱材６５の一部を剥離し、この出湯用配管６３の露出部６７に支持部６６を設け、この支持部６６を介してサーミスタ６４の一部（先端部６４ａ）を配管内部に突入（挿入）させていた。
【０００５】
この場合、サーミスタ６４の先端部６４ａが出湯用配管６３内の湯に直接接触するので、正確に出湯温度を検知することができる。しかしながら、サーミスタ６４の一部（先端部６４ａ）を配管６３内部に挿入させるものであるので、この挿入部位をシールする必要があり、構造が複雑化すると共にコスト高となっていた。また、サーミスタ６４はその一部が配管６３内部に挿入されて温湯にさらされることになり、析出したスケール（湯あか）がサーミスタ６４に付着するおそれがあった。特に、ヒートポンプユニットの冷凍サイクルの冷媒に、超臨界冷媒（炭酸ガス）等を使用すれば、出湯温度が極めて高温となり、スケールの析出が多く、サーミスタ６４に多くのスケールが付着するおそれがあった。このような場合、サーミスタ６４の熱抵抗が大きくなり、実際よりも低い温度を検出することになる。このため、出湯温度が低いとして、出湯温度を上昇させるように、このヒートポンプ式給湯機が動作する。このため、目標とする出湯温度よりも高温の出湯温度となり、一層スケールの析出を助長することになり、最終的には配管内部を閉塞して運転が継続できなくなることもある。
【０００６】
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、スケールによる配管閉塞の心配がなく、かつ、正確に出湯温度を検知（検出）することができるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１のヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット２にて加熱される熱交換路１１を備えたヒートポンプ式給湯機であって、上記熱交換路１１から高温の温湯を出湯させる出湯用配管３１に、接触式の出湯温度検知器３５を沿わせた状態で取付けたことを特徴としている。
【０００８】
請求項１のヒートポンプ式給湯機では、出湯用配管３１に、接触式の出湯温度検知器３５を沿わせた状態で取付けたので、出湯温度検知器３５は出湯用配管３１内に突入されない。このため、出湯温度検知器３５にスケール等が付着せず、出湯温度が高温とされる場合でもこの出湯温度検知器３５は正常に機能する。しかも、この検知温度は出湯用配管３１であって、この出湯用配管３１内を流れている湯の温度（出湯温度）に近似するものである。そのため、検知した出湯温度は信頼性の高いものである。
【０００９】
請求項２のヒートポンプ式給湯機は、上記出湯温度検知器３５が、サーミスタ３５ａであることを特徴としている。
【００１０】
上記請求項２のヒートポンプ式給湯機では、上記出湯温度検知器３５が、サーミスタ３５ａであるので、出湯用配管３１の温度を安定して検知することができる。
【００１１】
請求項３のヒートポンプ式給湯機は、上記出湯温度検知器３５の外側を断熱材４２にて覆うことを特徴としている。
【００１２】
上記請求項３のヒートポンプ式給湯機では、上記出湯温度検知器３５の外側を断熱材４２にて覆っているので、この出湯温度検知器３５は外気と遮断され、外気温度に影響を大きくは受けることなく、安定して出湯温度（出湯用配管３１の温度）を検知することができる。
【００１３】
請求項４のヒートポンプ式給湯機は、上記出湯温度検知器３５の検知温度に、外気温度や上記熱交換路の温水循環量等に応じて決定される補正量を付加することを特徴としている。
【００１４】
上記請求項４のヒートポンプ式給湯機では、出湯用配管３１に、出湯温度検知器３５を沿わせた状態で取付けるものであるので、出湯用配管３１内部の湯の温度を直接検知するものではない。すなわち、検知した出湯温度は、外気温度や熱交換路１１の温水循環量等に影響をうけて、実際の出湯温度と若干相違するおそれがある。そこで、この請求項４のヒートポンプ式給湯機は、外気温度や温水循環量等に応じて、その検知した出湯温度に付加すべき補正値（補正量）を設定し、検知した出湯温度に補正値を付加することによって、実際の出湯温度を把握することができる。
【００１５】
請求項５のヒートポンプ式給湯機は、上記ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルＲの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴としている。
【００１６】
上記請求項５のヒートポンプ式給湯機では、高温（例えば、９０℃程度）の湯を得ることができ、高温の湯を必要とする給湯機に最適となる。また、出湯温度が高温であることにより、特に、上記請求項１〜請求項４の効果が顕著に現れる。さらに、冷媒として炭酸ガス等の自然冷媒を使用することになり、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のヒートポンプ式給湯機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はヒートポンプ式給湯機の簡略図を示し、このヒートポンプ式給湯機は、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）をヒートポンプユニット２にて加熱するものである。
【００１８】
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に市水（水道水）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７が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口８が開設され、取水口７と湯入口８とが循環路９にて連結されている。そして、この循環路９に水循環用ポンプ１０と熱交換路１１とが介設されている。
【００１９】
また、循環路９は、タンクユニット１側の配管１２と、ヒートポンプユニット２側の配管１３と、これらの配管１２、１３を連結する接続配管１４ａ、１４ｂとからなる。さらに、配管１２は、取水口７に接続される第１部１２ａと、湯入口８に接続される第２部１２ｂとからなり、配管１３は、熱交換路１１の上流側の第１部１３ａと、熱交換路１１の下流側の第２部１３ｂとからなる。このため、配管１２の第１部１２ａと、接続配管１４ａと、配管１３の第１部１３ａとで入水用配管３０を構成し、配管１３の第２部１２ｂと、接続配管１４ｂと、配管１２の第２部１３ｂとで出湯用配管３１を構成する。
【００２０】
ヒートポンプユニット２は冷凍サイクルＲを備え、この冷凍サイクルＲは、圧縮機１５と、熱交換路１１を構成する水熱交換器（ガス冷却器）１６と、減圧機構（電動膨張弁）１７と、空気熱交換器（蒸発器）１８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機１５の吐出口と、ガス冷却器１６とを冷媒通路２０にて接続し、ガス冷却器１６と電動膨張弁１７とを冷媒通路２１にて接続し、電動膨張弁１７と蒸発器１８とを冷媒通路２２にて接続し、蒸発器１８と圧縮機１５とをアキュームレータ２３が介設された冷媒通路２４にて接続している。そして、冷媒としては、例えば、超臨界で使用する炭酸ガス（ＣＯ２）を用いる。なお、水熱交換器１６としてのガス冷却器は、圧縮機１５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ものである。また、上記冷媒通路２０には、圧力保護スイッチとしてのＨＰＳ２５と、圧力センサ２６とが設けられている。さらに、上記蒸発器１８には、能力調整用のファン４０が付設されている。
【００２１】
また、この冷凍サイクルＲには、ガス冷却器１６から流出した高圧冷媒を冷却する液ガス熱交換器２７を備える。この場合、この液ガス熱交換器２７は、例えば、二重管構造であって、ガス冷却器１６からの冷媒が通過する第１通路２８と、蒸発器１８からの冷媒が通過する第２通路２９とを備える。すなわち、第１通路２８が、ガス冷却器１６と電動膨張弁１７とを連結する冷媒通路２１の一部を構成し、第２通路２９が、蒸発器１８と圧縮機１５とを連結する冷媒通路２４の一部を構成する。このため、第１通路２８を通過する高圧高温の冷媒と第２通路２９を通過する低圧低温の冷媒との間で熱交換され、ガス冷却器１６からの冷媒に過冷却を付与し、また、アキュームレータ２３に入る冷媒を加熱して、圧縮機１５の湿り圧縮を防止することができる。
【００２２】
そして、このヒートポンプ給湯機は、循環路９の熱交換路１１よりも上流側の温度を検知する温度センサ（入水温度検知器）３４と、循環路９の熱交換路１１よりも下流側の温度を検知する温度センサ（出湯温度検知器）３５と、蒸発器１８の温度を検知する温度センサ（空気熱交換器温度検知器）３６、圧縮機１５の吐出温度を検知する温度センサ３７と、外気温度を検知する温度センサ（外気温度検知器）３８等が設けられている。そして、これらのセンサからのデータ（検知された温度）がこのヒートポンプ給湯機の図示省略の制御部（例えば、マイクロコンピュータ等からなる）に入力され、これらのデータに基づいて、各種の制御が行われる。
【００２３】
すなわち、ヒートポンプ式給湯機の運転時には、例えば、温度センサ（吐出管サーミスタ）３７にて吐出管の温度が検知され、この吐出管温度を目標吐出管温度となるように、電動膨張弁１７の開度を調整（制御）することができる。また、温度センサ（入水サーミスタ）３４の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上であれば、貯湯タンク３内の湯が沸き上がっているとして運転を停止させたり、また、温度センサ（外気温度サーミスタ）３８の温度に基づいて、圧縮機１５の運転周波数を制御して、湯加熱能力（沸上能力）等を調整したりすることができる。
【００２４】
次に、このヒートポンプ式給湯機の運転動作（湯沸かし運転）を説明する。圧縮機１５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１０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７から貯溜水（温湯）が流出し、これが循環路９の熱交換路１１を流通する。また、圧縮機１５からの吐出冷媒が、ガス冷却器１６、減圧機構１７、蒸発器１８とを順次経由して上記圧縮機１５へと返流する。そのため、循環路９の熱交換路１１を流通する水がガス冷却器１６である水熱交換器によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口８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。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、出湯温度検知器３５の温度は、このヒートポンプ式給湯機の沸上温度であるので、この温度が目標出湯温度になるように、制御することになる。そして、出湯温度検知器３５としては、図２に示すように、温度検知サーミスタ３５ａが使用され、出湯用配管３１に沿わせた状態で取付けている。すなわち、出湯用配管３１（配管１３の第２部１３ｂ）にサーミスタ保持ホルダＨを設け、このサーミスタ保持ホルダＨにサーミスタ３５ａを保持させている。この場合のサーミスタ保持ホルダＨは、ホルダ本体４４と、このホルダ本体４４に付設されるバネ部材４５とを有するものである。すなわち、ホルダ本体４４は、底壁４６と、この底壁４６に連設される側壁４７とを有し、この底壁４６と側壁４７と出湯用配管３１の外周面の一部とで収納室４８が形成される。そして、バネ部材４５は、収納室４８に収納状となる第１部４５ａと、側壁４７の外面側に配置される第２部４５ｂとを有し、第１部４５ａと第２部４５ｂとで側壁４７を挟持している。
【００２６】
このため、サーミスタ３５ａを収納室４８に収納させれば、バネ部材４５の弾性力によって押圧し、このサーミスタ３５ａがこの収納室４８に圧入状となって、このサーミスタ３５ａが出湯用配管３１の外周面に接触した状態で保持される。また、サーミスタ３５ａの配線３９はサーミスタ保持ホルダＨから突出し、図２に示すように、拘束部材４１にて出湯用配管３１に拘束される。なお、拘束部材４１としては、配線３９と出湯用配管３１とを結束する紐等の線状体等から構成することができる。
【００２７】
そして、サーミスタ保持ホルダＨに保持されたサーミスタ３５ａの外側が出湯用配管３１を被覆する断熱材４２に覆われ、このサーミスタ３５ａは外気と遮断される。断熱材４２としては、このサーミスタ３５ａが外気温度に引っ張られないように、外気と遮断できればよいので、配管断熱用等に一般的に使用される発泡スチロール、発泡ウレタン、及びガラス繊維等の種々の断熱材を使用することができ、さらに、これらの断熱材を他の断熱用外皮にて被覆してもよい。なお、断熱材４２は筒状とされて外嵌される。
【００２８】
ところで、上記サーミスタ３５ａの検知温度は、出湯用配管３１の温度であり、上記のように断熱材４２にてサーミスタ３５ａが覆われていたとしても、出湯用配管３１内の湯の実際の温度と若干相違するおそれがある。そこで、このヒートポンプ式給湯機では、高精度の出湯温度を検出（検知）するために、サーミスタ３５ａの検知温度に、外気温度や熱交換路１１の温水循環量（つまり水循環用ポンプ１０のポンプ出力）等に応じて決定される補正量（補正値）を付加するようにしている。
【００２９】
すなわち、冬場等の外気温度が低い場合、出湯用配管３１は外気に熱が奪われ、この出湯用配管３１の温度が出湯用配管３１内の湯の実際の温度よりも低くなり、また、熱交換路１１の温水循環量が少ないとき（水循環用ポンプ１０のポンプ出力が小さいとき）には、温水の循環速度が遅く熱伝導性（出湯用配管３１内の湯から出湯用配管３１への熱伝導性）が低下して、同様に、出湯用配管３１の温度が出湯用配管３１内の湯の実際の温度よりも低くなる。そのため、このような場合に、検知温度に補正値を加え、温度を高くする。そして、補正値としては、サーミスタ３５ａの検知温度毎に外気温度や熱交換路１１の温水循環量等に応じて予め設定され、この設定値が上記制御部に入力され、検知温度にこの補正値を付加することによって、実際の出湯温度を算出するようにしている。
【００３０】
具体的には、例えば、サーミスタ３５ａの検知温度が８５℃であれば、表１のような補正を行う。すなわち、この表１から分るように、外気温度が低くかつポンプ出力が小さい場合には、実際の出湯温度よりも低いと思われ、大きな補正値が付加される。また、外気温度が高い場合（例えば、４０℃〜４５℃等の場合）には、出湯用配管３１は外気に熱が奪われにくいので、外気に応じた小さい補正値が付加される。さらに、ポンプ出力が大きい場合（例えば、５０〜６０ｒｐｓ等）には、温水の循環速度が早く熱伝導性に優れるので、ポンプ出力に応じた小さい補正値が付加される。このため、外気温度が高くかつポンプ出力が大きい場合には、検知温度が実際の出湯温度に近似するので、補正が行われない。
【００３１】
【表１】

【００３２】
上記ヒートポンプ式給湯機によれば、冷媒として炭酸ガスを使用し、冷凍サイクルＲの高圧側が超臨界圧力で運転することとしたので、高温（例えば９０℃）の湯を沸かすことができ、高温の湯を必要とする給湯機に最適となる。また、運転中においては出湯温度が検知され、この出湯温度が目標出湯温度となるように、圧縮機１５の周波数やポンプ回転数等を制御することになる。しかも、この高温の湯が流れる出湯用配管３１内にサーミスタ３５ａが挿入されないので、このサーミスタ３５ａにスケールが付着するおそれがない。このため、サーミスタ３５ａとしてその機能を高精度に発揮することができる。また、サーミスタ３５ａは出湯用配管３１に沿った状態で取付けられているので、検知した温度が実際の出湯温度に近いものであり、信頼できるものである。そのため、出湯温度をさらに上昇させる運転（制御）が行われず、出湯用配管３１内のスケールの析出が助長されない。しかも、サーミスタ３５ａの外側は断熱材４２にて覆われており、外気温度の影響を大きく受けることなく、出湯温度（出湯用配管３１の温度）を検知することができる。すなわち、断熱材４２にて覆われなければ、外気温度に引っ張られ、検出（検知）された出湯用配管３１の温度が実際の温度と相違することになるが、断熱材４２にて覆われることによって、サーミスタ３５ａと外気とが熱的に遮断され、検知された出湯用配管３１の温度は信頼性の高いものとなる。
【００３３】
しかも、外気温度や温水循環量（ポンプ出力）等に応じて、その検知した出湯温度に付加すべき補正値（補正量）を設定し、検知した出湯温度に補正値を付加することによって、実際の出湯温度を確実に把握することができる。このため、出湯温度を必要以上に上げることを確実に回避することができ、無駄な制御がなくなって、ロスの少ない運転ができる。しかも、配管３１内のスケールの析出を確実に押えることができ、配管閉塞を回避することができる。
【００３４】
ところで、サーミスタ３５ａを保持するサーミスタ保持ホルダＨとしては、図３に示すようなものであってもよい。この場合、サーミスタ３５ａが挿入されるホルダ本体４４が、出湯用配管３１に取付けられる筒状体からなる。そして、サーミスタ３５ａがこのホルダ本体４４に挿入された状態でバネ部材４５の弾性力でこの挿入状態が維持される。従って、この場合であっても、ホルダ本体４４に挿入されるサーミスタ３５ａにて出湯用配管３１の温度を検知することができる。このように、出湯用配管３１に出湯温度検知器３５を沿わせた状態で取付ける場合には、サーミスタ３５ａが出湯用配管３１に直接的に接触せずに、ホルダ本体４４等を介して間接的に接触する場合も含むものである。なお、この図３において、断熱材４２の図示を省略しているが、この場合も図２に示すような断熱材４２にてこのサーミスタ保持ホルダＨを覆うようにするのが好ましい。
【００３５】
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、サーミスタ３５ａを出湯用配管３１に取付ける場合、サーミスタ３５ａが出湯用配管３１に挿入されることなく、沿わせた状態で取付けられればよいので、線状体等にてサーミスタ３５ａを出湯用配管３１に結束するようなものであってもよい。また、出湯温度検知器３５としては、サーミスタ３５ａ以外に、熱電対、ＩＣ化温度センサ等の種々の接触式温度センサを使用することができる。さらに、検知した出湯温度を補正する場合、上記表１に示されるものに限るものではなく、使用されるサーミスタ３５ａ等の特性や、出湯用配管３１の材質、外径寸法、肉厚等に応じて変更することができる。また補正値をテーブルとして記憶して利用する他、外気温度や温水循環量に応じた補正係数を準備しておき、これらに基づいて演算により温度補正を行ってもよい。なお、冷凍サイクルＲの冷媒としては、炭酸ガス以外に、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く、さらには、超臨界で使用する冷媒ではなく、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）のような冷媒を使用してもよい。さらに、冷凍サイクルＲとして、図１に示すものに限るものではなく、もちろん液ガス熱交換器２７等が省略されているものであってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１のヒートポンプ式給湯機によれば、出湯温度検知器にスケール等が付着せず、出湯温度が高温とされる場合でもこの出湯温度検知器は正常に機能する。すなわち、出湯温度を目標出湯温度を越えて上昇させることがなく、スケールの析出を助長させず、スケールによる配管閉塞のおそれを回避することができる。しかも、この検知温度は出湯用配管であって、この出湯用配管内を流れている湯の温度（出湯温度）に近似するものである。そのため、検知した出湯温度は信頼性の高いものである。
【００３７】
請求項２のヒートポンプ式給湯機によれば、出湯用配管の温度を安定して検知することができる。このため、検知される出湯用配管の温度の信頼性に優れ、目標とする温度の湯を安定して得ることができる。
【００３８】
請求項３のヒートポンプ式給湯機によれば、出湯温度検知器は外気と遮断され、外気温度に大きな影響を受けることなく、安定して出湯温度を検知することができる。これにより、検知される出湯温度の信頼性を一層向上させることができる。
【００３９】
請求項４のヒートポンプ式給湯機によれば、外気温度や温水循環量等に応じて、その検知した出湯温度に付加すべき補正値（補正量）を設定し、検知した出湯温度に補正値を付加することによって、実際の出湯温度を安定して把握することができる。
【００４０】
請求項５のヒートポンプ式給湯機によれば、高温（例えば、９０℃程度）の湯を得ることができ、高温の湯を必要とする給湯機に最適となる。また、出湯温度が高温であることにより、特に、上記請求項１〜請求項４の効果が顕著に現れる。さらに、冷媒として炭酸ガス等の自然冷媒を使用することになり、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のヒートポンプ式給湯機の実施形態を示す簡略図である。
【図２】上記ヒートポンプ式給湯機の要部断面図である。
【図３】上記ヒートポンプ式給湯機の他のサーミスタ保持ホルダの断面図である。
【図４】従来のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。
【図５】従来のヒートポンプ式給湯機の要部断面図である。
【符号の説明】
２　　ヒートポンプユニット
１１　　熱交換路
３１　　出湯用配管
３５　　出湯温度検知器
３５ａ　温度検知サーミスタ
４２　　断熱材
Ｒ　　冷凍サイクル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump water heater.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 4, the heat pump water heater generally includes a tank unit 51 having a hot water storage tank 50 and a heat source unit (heat pump unit) 53 having a refrigeration cycle 52. The refrigeration cycle 52 is configured by connecting a compressor 54, a water heat exchanger (gas cooler) 55, an expansion valve 57, and an evaporator 58 in this order. The tank unit 51 includes the hot water storage tank 50 and a circulation path 59, and a water circulation pump 60 and a heat exchange path 61 are provided in the circulation path 59. In this case, the heat exchange path 61 includes the water heat exchanger 55. In the circulation path 59, the section from the hot water storage tank 50 to the heat exchange path 61 is constituted by a water inlet pipe 62, and the section from the heat exchange path 61 to the hot water storage tank 50 is constituted by a tapping pipe 63.
[0003]
In the above-described apparatus, when the compressor 54 is driven and the pump 60 is driven (operated), the stored water (hot water) flows out of the water intake port provided at the bottom of the hot water storage tank 50 into the circulation path 59, and this is used for heat exchange. The road 61 is distributed. At this time, the hot water is heated (boiled) by the water heat exchanger 55 and returned to the upper portion of the hot water storage tank 50 from the hot water inlet. Thus, the hot water is stored in the hot water storage tank 50.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the heat pump type water heater, it is necessary to detect the temperature of the hot water heated in the heat exchange path 61 (outflow temperature) to determine whether the water is boiling normally or to the target temperature. Was. Therefore, a tapping temperature detecting thermistor 64 of the tapping pipe 63 is provided. In this case, conventionally, as shown in FIG. 5, a part of the heat insulating material 65 of the tapping pipe 63 is peeled off, and a supporting portion 66 is provided at an exposed portion 67 of the tapping pipe 63, and the supporting portion 66 is interposed. Thus, a part (the distal end portion 64a) of the thermistor 64 is inserted (inserted) into the pipe.
[0005]
In this case, since the tip end portion 64a of the thermistor 64 is in direct contact with the hot water in the hot water supply pipe 63, the hot water temperature can be accurately detected. However, since a part (the distal end 64a) of the thermistor 64 is inserted into the inside of the pipe 63, it is necessary to seal this insertion site, which complicates the structure and increases the cost. In addition, a part of the thermistor 64 is inserted into the pipe 63 and is exposed to hot water, and there is a possibility that the deposited scale (scale) adheres to the thermistor 64. In particular, if a supercritical refrigerant (carbon dioxide gas) or the like is used as the refrigerant of the refrigeration cycle of the heat pump unit, the tapping temperature becomes extremely high, the scale is largely deposited, and a large amount of scale may adhere to the thermistor 64. . In such a case, the thermal resistance of the thermistor 64 increases, and a temperature lower than the actual temperature is detected. Therefore, assuming that the hot water temperature is low, the heat pump water heater operates to increase the hot water temperature. For this reason, the tapping temperature becomes higher than the target tapping temperature, which further promotes the deposition of scale, and eventually the inside of the pipe may be blocked and the operation may not be continued.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object of the present invention is to provide a heat pump system capable of accurately detecting (detecting) tapping temperature without fear of blockage of piping due to scale. It is to provide a water heater.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the heat pump water heater according to claim 1 is a heat pump water heater provided with a heat exchange path 11 to be heated by the heat pump unit 2, and a tapping pipe 31 for discharging high-temperature hot water from the heat exchange path 11. And a contact-type hot water temperature detector 35 is attached.
[0008]
In the heat pump water heater according to the first aspect, since the contact-type hot water temperature detector 35 is attached to the hot water pipe 31 along the hot water pipe 31, the hot water temperature detector 35 does not protrude into the hot water pipe 31. Therefore, scale does not adhere to the tapping temperature detector 35, and the tapping temperature detector 35 functions normally even when the tapping temperature is high. In addition, the detected temperature is the tapping pipe 31 and is close to the temperature of tapping water (the tapping temperature) flowing in the tapping pipe 31. Therefore, the detected tapping temperature is highly reliable.
[0009]
The heat pump water heater according to claim 2 is characterized in that the tapping temperature detector 35 is a thermistor 35a.
[0010]
In the heat pump water heater according to the second aspect, since the tapping temperature detector 35 is a thermistor 35a, the temperature of the tapping pipe 31 can be stably detected.
[0011]
The heat pump water heater according to claim 3 is characterized in that the outside of the tapping temperature detector 35 is covered with a heat insulating material 42.
[0012]
In the heat pump water heater according to the third aspect, since the outside of the tapping temperature detector 35 is covered with the heat insulating material 42, the tapping temperature detector 35 is shut off from the outside air and is greatly affected by the outside air temperature. Without this, the tapping temperature (the temperature of the tapping pipe 31) can be detected stably.
[0013]
The heat pump water heater according to claim 4 is characterized in that a correction amount determined according to the outside air temperature, the amount of hot water circulation in the heat exchange path, and the like is added to the temperature detected by the tapping temperature detector 35.
[0014]
In the heat pump water heater of the fourth aspect, since the hot water temperature detector 35 is attached to the hot water supply pipe 31 so as not to directly detect the temperature of hot water inside the hot water supply pipe 31. . That is, the detected tapping temperature may be slightly different from the actual tapping temperature, affected by the outside air temperature, the amount of hot water circulation in the heat exchange path 11, and the like. Therefore, the heat pump water heater according to claim 4 sets a correction value (correction amount) to be added to the detected tap water temperature in accordance with the outside air temperature, the amount of hot water circulation, and the like, and sets the correction value to the detected tap water temperature. , The actual tapping temperature can be ascertained.
[0015]
The heat pump water heater according to claim 5 is characterized in that the high pressure side of the refrigeration cycle R of the heat pump unit 2 operates at a supercritical pressure.
[0016]
In the heat pump water heater according to the fifth aspect, hot water of a high temperature (for example, about 90 ° C.) can be obtained, which is most suitable for a water heater requiring a high temperature water. In addition, when the tapping temperature is high, the effects of claims 1 to 4 are particularly prominent. Further, since a natural refrigerant such as carbon dioxide is used as the refrigerant, there is no problem such as destruction of the ozone layer and environmental pollution, and the heat pump water heater is friendly to the global environment.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, specific embodiments of the heat pump water heater of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a simplified diagram of a heat pump water heater. This heat pump water heater includes a tank unit 1 and a heat source unit (heat pump unit) 2, and heats water (hot water) in the tank unit 1 with the heat pump unit 2. Things.
[0018]
The tank unit 1 includes a hot water storage tank 3, and the hot water stored in the hot water storage tank 3 is supplied to a bathtub or the like (not shown). That is, the hot water storage tank 3 is provided with a water supply port 5 on its bottom wall and a water outlet 6 on its upper wall. Then, city water (tap 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. In addition, the hot water storage tank 3 has a water inlet 7 formed on the bottom wall thereof, and a hot water inlet 8 formed on an upper portion of the side wall (peripheral wall). The water inlet 7 and the hot water inlet 8 are connected by a circulation path 9. Have been. The circulation path 9 is provided with a water circulation pump 10 and a heat exchange path 11.
[0019]
The circulation path 9 includes a pipe 12 on the tank unit 1 side, a pipe 13 on the heat pump unit 2 side, and connection pipes 14a and 14b connecting these

pipes

12 and 13. Further, the pipe 12 is composed of a first part 12 a connected to the water inlet 7 and a second part 12 b connected to the hot water inlet 8, and the pipe 13 is a first part 13 a on the upstream side of the heat exchange path 11. And a second portion 13b on the downstream side of the heat exchange path 11. For this reason, the first part 12a of the pipe 12, the connection pipe 14a, and the first part 13a of the pipe 13 constitute the water inlet pipe 30, and the second part 12b of the pipe 13, the connection pipe 14b, and the pipe 12 And the second part 13b constitute a hot water tapping pipe 31.
[0020]
The heat pump unit 2 includes a refrigeration cycle R. The refrigeration cycle R includes a compressor 15, a water heat exchanger (gas cooler) 16 configuring the heat exchange path 11, a pressure reducing mechanism (electric expansion valve) 17, An air heat exchanger (evaporator) 18 is connected in order. That is, the discharge port of the compressor 15 and the gas cooler 16 are connected by the refrigerant passage 20, the gas cooler 16 and the electric expansion valve 17 are connected by the refrigerant passage 21, and the electric expansion valve 17 and the evaporator are connected. The evaporator 18 and the compressor 15 are connected by a refrigerant passage 24 in which an accumulator 23 is interposed. As the refrigerant, for example, carbon dioxide (CO2) used in supercritical state is used. In addition, the gas cooler as the water heat exchanger 16 has a function of cooling the high-temperature and high-pressure supercritical refrigerant compressed by the compressor 15. In the refrigerant passage 20, an HPS 25 as a pressure protection switch and a pressure sensor 26 are provided. Further, the evaporator 18 is provided with a fan 40 for capacity adjustment.
[0021]
The refrigeration cycle R includes a liquid-gas heat exchanger 27 that cools the high-pressure refrigerant flowing out of the gas cooler 16. In this case, the liquid-gas heat exchanger 27 has, for example, a double pipe structure, and a first passage 28 through which the refrigerant from the gas cooler 16 passes and a second passage through which the refrigerant from the evaporator 18 passes. 29. That is, the first passage 28 constitutes a part of the refrigerant passage 21 connecting the gas cooler 16 and the electric expansion valve 17, and the second passage 29 connects the refrigerant passage connecting the evaporator 18 and the compressor 15. 24. Therefore, heat is exchanged between the high-pressure and high-temperature refrigerant passing through the first passage 28 and the low-pressure and low-temperature refrigerant passing through the second passage 29, and supercools the refrigerant from the gas cooler 16; Heating the refrigerant entering the accumulator 23 can prevent wet compression of the compressor 15.
[0022]
The heat pump water heater includes a temperature sensor (input water temperature detector) 34 for detecting the temperature of the circulation path 9 on the upstream side of the heat exchange path 11, and the temperature of the circulation path 9 on the downstream side of the heat exchange path 11. , A temperature sensor (air heat exchanger temperature detector) 36 for detecting the temperature of the evaporator 18, a temperature sensor 37 for detecting the discharge temperature of the compressor 15, and outside air. A temperature sensor (outside air temperature detector) 38 for detecting temperature is provided. Then, data (detected temperature) from these sensors is input to a controller (not shown) (not shown) of the heat pump water heater, and various controls are performed based on the data. Be done.
[0023]
That is, during operation of the heat pump water heater, for example, the temperature of the discharge pipe is detected by the temperature sensor (discharge pipe thermistor) 37, and the electric expansion valve 17 is opened so that the discharge pipe temperature becomes the target discharge pipe temperature. The degree can be adjusted (controlled). If the temperature of the temperature sensor (water inflow thermistor) 34 is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 60 ° C.), it is determined that the hot water in the hot water storage tank 3 is boiling, and the operation is stopped. ) Based on the temperature of 38, the operating frequency of the compressor 15 can be controlled to adjust the hot water heating capability (boiling capability) and the like.
[0024]
Next, the operation of the heat pump water heater (water heating operation) will be described. The compressor 15 is driven and the water circulation pump 10 is driven (operated). Then, stored water (hot water) flows out of the water intake port 7 provided at the bottom of the hot water storage tank 3, and flows through the heat exchange path 11 of the circulation path 9. The refrigerant discharged from the compressor 15 returns to the compressor 15 via the gas cooler 16, the pressure reducing mechanism 17, and the evaporator 18 in this order. Therefore, the water flowing through the heat exchange path 11 of the circulation path 9 is heated (boiled) by the water heat exchanger, which is the gas cooler 16, and returned to the upper part of the hot water storage tank 3 from the hot water inlet 8. By continuously performing such an operation, hot water is stored in the hot water storage tank 3. In the current power rate system, the nighttime power rate unit price is set lower than in the daytime. Therefore, it is preferable that this operation be performed during a late night time period when the cost is low, so as to reduce the cost.
[0025]
By the way, since the temperature of the tapping temperature detector 35 is the boiling temperature of the heat pump water heater, the temperature is controlled so as to reach the target tapping temperature. As shown in FIG. 2, a temperature detection thermistor 35 a is used as the tapping temperature detector 35, and is attached along the tapping pipe 31. That is, the thermistor holding holder H is provided on the hot water supply pipe 31 (the second portion 13b of the pipe 13), and the thermistor holding holder H holds the thermistor 35a. The thermistor holding holder H in this case has a holder main body 44 and a spring member 45 attached to the holder main body 44. That is, the holder body 44 has a bottom wall 46 and a side wall 47 connected to the bottom wall 46, and the storage chamber is formed by the bottom wall 46, the side wall 47, and a part of the outer peripheral surface of the tapping pipe 31. 48 are formed. The spring member 45 has a first portion 45a housed in the storage chamber 48 and a second portion 45b disposed on the outer surface side of the side wall 47. The first portion 45a and the second portion 45b The side wall 47 is sandwiched.
[0026]
Therefore, if the thermistor 35a is stored in the storage chamber 48, it is pressed by the elastic force of the spring member 45, and the thermistor 35a is press-fitted into the storage chamber 48. It is held in contact with the surface. Further, the wiring 39 of the thermistor 35a protrudes from the thermistor holding holder H and is restricted by the restricting member 41 to the tapping pipe 31 as shown in FIG. The restraining member 41 can be formed of a linear body such as a string that binds the wiring 39 and the tapping pipe 31.
[0027]
The outside of the thermistor 35a held by the thermistor holding holder H is covered with a heat insulating material 42 covering the tapping pipe 31, and the thermistor 35a is shut off from the outside air. As the heat insulating material 42, it is sufficient that the thermistor 35a can be shielded from the outside air so that the thermistor 35a is not pulled by the outside air temperature. A material can be used, and these heat insulating materials may be covered with another heat insulating skin. In addition, the heat insulating material 42 is formed in a tubular shape and is externally fitted.
[0028]
By the way, the detection temperature of the thermistor 35a is the temperature of the hot water supply pipe 31. Even if the thermistor 35a is covered with the heat insulating material 42 as described above, the actual temperature of the hot water in the hot water supply pipe 31 is different from that of the hot water. There may be slight differences. Therefore, in this heat pump water heater, in order to detect (detect) the tap water temperature with high accuracy, the detected temperature of the thermistor 35a is changed to the outside air temperature or the amount of hot water circulation in the heat exchange path 11 (that is, the pump output of the water circulation pump 10). ) Is added.
[0029]
That is, when the outside air temperature is low in winter or the like, heat is taken away by the outside air from the tapping pipe 31, and the temperature of the tapping pipe 31 becomes lower than the actual temperature of the hot water in the tapping pipe 31. When the hot water circulation amount in the exchange path 11 is small (when the pump output of the water circulation pump 10 is small), the circulation speed of the hot water is low and the heat conductivity (heat from the hot water in the hot water supply pipe 31 to the hot water supply pipe 31) is low. Similarly, the temperature of the tapping pipe 31 becomes lower than the actual temperature of the hot water in the tapping pipe 31. Therefore, in such a case, a correction value is added to the detected temperature to increase the temperature. The correction value is set in advance according to the outside air temperature, the amount of hot water circulating in the heat exchange path 11, and the like for each detected temperature of the thermistor 35a. The set value is input to the control unit, and the corrected value Is added to calculate the actual tapping temperature.
[0030]
Specifically, for example, if the detected temperature of the thermistor 35a is 85 ° C., the correction as shown in Table 1 is performed. That is, as can be seen from Table 1, when the outside air temperature is low and the pump output is low, it is considered that the temperature is lower than the actual tapping temperature, and a large correction value is added. Further, when the outside air temperature is high (for example, in the case of 40 ° C. to 45 ° C.), since the tapping pipe 31 does not easily lose heat to the outside air, a small correction value corresponding to the outside air is added. Further, when the pump output is large (for example, 50 to 60 rps), a small correction value according to the pump output is added because the circulation speed of the hot water is high and the heat conductivity is excellent. For this reason, when the outside air temperature is high and the pump output is high, the correction is not performed because the detected temperature is close to the actual tapping temperature.
[0031]
[Table 1]

[0032]
According to the heat pump water heater, since carbon dioxide is used as the refrigerant and the high pressure side of the refrigeration cycle R is operated at supercritical pressure, high-temperature (for example, 90 ° C.) hot water can be boiled. Ideal for hot water heaters that require hot water. During operation, the tapping temperature is detected, and the frequency of the compressor 15, the pump speed, and the like are controlled so that the tapping temperature becomes the target tapping temperature. Moreover, since the thermistor 35a is not inserted into the hot water supply pipe 31 through which the high-temperature hot water flows, there is no possibility that the scale adheres to the thermistor 35a. Therefore, the function of the thermistor 35a can be exhibited with high accuracy. Further, since the thermistor 35a is mounted along the tapping pipe 31, the detected temperature is close to the actual tapping temperature and is reliable. Therefore, the operation (control) for further increasing the tapping temperature is not performed, and the deposition of scale in the tapping pipe 31 is not promoted. Moreover, the outside of the thermistor 35a is covered with the heat insulating material 42, and the tapping temperature (the temperature of the tapping pipe 31) can be detected without being greatly affected by the outside air temperature. That is, if not covered with the heat insulating material 42, the temperature of the hot water supply pipe 31 which is pulled to the outside air temperature and detected (detected) differs from the actual temperature, but is covered with the heat insulating material 42. Thereby, the thermistor 35a and the outside air are thermally shut off, and the detected temperature of the tapping pipe 31 becomes highly reliable.
[0033]
In addition, a correction value (correction amount) to be added to the detected tap water temperature is set in accordance with the outside air temperature, the amount of hot water circulation (pump output), and the like, and the correction value is added to the detected tap water temperature, so that the actual The temperature of the hot water can be ascertained with certainty. For this reason, it is possible to reliably avoid raising the tapping temperature more than necessary, and it is possible to eliminate unnecessary control and perform operation with less loss. In addition, the deposition of scale in the pipe 31 can be reliably suppressed, and the blockage of the pipe can be avoided.
[0034]
Meanwhile, the thermistor holding holder H that holds the thermistor 35a may be as shown in FIG. In this case, the holder main body 44 into which the thermistor 35a is inserted is formed of a tubular body attached to the tapping pipe 31. When the thermistor 35a is inserted into the holder body 44, the inserted state is maintained by the elastic force of the spring member 45. Accordingly, even in this case, the temperature of the tapping pipe 31 can be detected by the thermistor 35a inserted into the holder body 44. When the tapping temperature detector 35 is mounted along the tapping pipe 31 in this manner, the thermistor 35a does not directly contact the tapping pipe 31 but indirectly via the holder body 44 or the like. This includes the case where the contact is made. Although the illustration of the heat insulating material 42 is omitted in FIG. 3, it is preferable that the heat insulating material 42 as shown in FIG.
[0035]
Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. For example, when attaching the thermistor 35a to the tapping pipe 31, the thermistor 35a may be attached along the tapping pipe 31 without being inserted into the tapping pipe 31. 31. Further, as the tapping temperature detector 35, various contact-type temperature sensors such as a thermocouple and an IC temperature sensor can be used in addition to the thermistor 35a. Further, when the detected tapping temperature is corrected, the tapping temperature is not limited to the one shown in Table 1 above, but may be adjusted according to the characteristics of the thermistor 35a or the like used, the material, outer diameter, thickness, etc. Can be changed. In addition to storing and using the correction value as a table, a correction coefficient corresponding to the outside air temperature or the hot water circulation amount may be prepared, and the temperature correction may be performed by calculation based on these. In addition, the refrigerant of the refrigeration cycle R may be a supercritical refrigerant such as ethylene, ethane, or nitrogen oxide, other than carbon dioxide, and is not a supercritical refrigerant but a dichlorodifluoromethane. A refrigerant such as (R-12) or chlorodifluoromethane (R-22) may be used. Further, the refrigeration cycle R is not limited to the one shown in FIG. 1, but may be one in which the liquid-gas heat exchanger 27 and the like are omitted.
[0036]
【The invention's effect】
According to the heat pump type hot water supply device of the first aspect, the scale and the like do not adhere to the tapping temperature detector and the tapping temperature detector functions normally even when the tapping temperature is high. In other words, the tapping temperature is not raised beyond the target tapping temperature, the scale is not promoted to be deposited, and the possibility of blockage of the pipe by the scale can be avoided. In addition, the detected temperature is the tapping pipe and is close to the temperature of the tapping water (the tapping temperature) flowing through the tapping pipe. Therefore, the detected tapping temperature is highly reliable.
[0037]
According to the heat pump water heater of the second aspect, it is possible to stably detect the temperature of the tapping pipe. For this reason, the reliability of the detected temperature of the hot water supply pipe is excellent, and hot water at the target temperature can be stably obtained.
[0038]
According to the heat pump water heater of the third aspect, the hot water temperature detector is shut off from the outside air, and can stably detect the hot water temperature without being greatly affected by the outside air temperature. Thereby, the reliability of the detected tapping temperature can be further improved.
[0039]
According to the heat pump water heater of the fourth aspect, a correction value (correction amount) to be added to the detected hot water temperature is set in accordance with the outside air temperature, the hot water circulation amount, and the like, and the correction value is added to the detected hot water temperature. By adding, the actual tapping temperature can be grasped stably.
[0040]
According to the heat pump water heater of the fifth aspect, hot water of a high temperature (for example, about 90 ° C.) can be obtained, which is most suitable for a water heater requiring a high temperature water. In addition, when the tapping temperature is high, the effects of claims 1 to 4 are particularly prominent. Further, since a natural refrigerant such as carbon dioxide is used as the refrigerant, there is no problem such as destruction of the ozone layer and environmental pollution, and the heat pump water heater is friendly to the global environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified diagram showing an embodiment of a heat pump water heater according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the heat pump water heater.
FIG. 3 is a sectional view of another thermistor holding holder of the heat pump water heater.
FIG. 4 is a simplified diagram of a conventional heat pump water heater.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a conventional heat pump water heater.
[Explanation of symbols]
2 Heat pump unit 11 Heat exchange path 31 Hot water supply pipe 35 Hot water temperature detector 35a Temperature detection thermistor 42 Insulation material R Refrigeration cycle

Claims

A heat pump water heater provided with a heat exchange path (11) heated by a heat pump unit (2), wherein the heat pump water heater is in contact with a tapping pipe (31) for discharging hot water from the heat exchange path (11). A heat pump type water heater characterized in that the water supply temperature detector (35) of the type is mounted alongside.

The heat pump water heater according to claim 1, wherein the hot water temperature detector (35) is a temperature detecting thermistor (35a).

The heat pump water heater according to claim 1 or 2, wherein the outside of the hot water temperature detector (35) is covered with a heat insulating material (42).

The correction amount determined according to the outside air temperature, the amount of hot water circulation in the heat exchange path (11), and the like is added to the detection temperature of the tapping temperature detector (35). 3. The heat pump water heater according to any one of 3.

The heat pump water heater according to any one of claims 1 to 4, wherein the high pressure side of the refrigeration cycle (R) of the heat pump unit (2) operates at a supercritical pressure.