JP2004232915A

JP2004232915A - ヒートポンプ式給湯装置

Info

Publication number: JP2004232915A
Application number: JP2003020021A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Marumoto; 一彦丸本; Takeji Watanabe; 竹司渡辺; Ryuta Kondo; 龍太近藤; Nobuhiko Fujiwara; 宣彦藤原; Tatsumura Mo; 立群毛
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】ヒートポンプ熱源により、給湯用水が給湯用熱交換器で充分な熱交換量を得、適温出湯が可能となるまでの間、電磁誘導加熱手段により給湯用水を瞬時に適温に加熱でき、ヒートポンプ熱源の加熱による適温出湯までのタイムラグを短縮することでタンクを廃止する。
【解決手段】圧縮機５を備えたヒートポンプ熱源２と、前記ヒートポンプ熱源２により給湯用水を加熱するための加熱通路３と、前記加熱通路３内の給湯用水を瞬時に加熱するために電磁誘導加熱手段１７を備えたヒートポンプ式給湯装置とすることにより、タンクを廃止することができ、省スペース化、軽量化を図れ、建築設計上の負荷を低減できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
従来より、フロンガスであるＲ２２などの冷媒を使用したヒートポンプサイクルを熱源とする給湯装置の一例としては特許文献１に示されているものがある。
【０００３】
この種の給湯装置としては、図３に示すように、給湯用水を貯留するタンク１、給湯用水の加熱手段であるヒートポンプ熱源２、タンク１とヒートポンプ熱源２とを接続する加熱通路３、この加熱通路３に給湯用水を循環させるポンプ４等より構成される。
【０００４】
ヒートポンプ熱源２は、運転周波数に基づいて能力可変とされた圧縮機５、給湯用熱交換器６、膨張弁７、室外熱交換器８を順次冷媒配管９により接続して構成され、冷媒が充填されている。給湯用熱交換器６は、圧縮機５より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路６ａと、給湯用水が流れる給湯用水通路６ｂとを有している。加熱通路３は、給湯用熱交換器６の給湯用水通路６ｂに接続される冷水管３ａと温水管３ｂとで構成され、冷水管３ａの上流端がタンク１の底面に接続され、温水管３ｂの下流端がタンク１の天面に接続されている。１１は圧縮機の運転周波数を変更することによりヒートポンプ熱源の加熱能力を大小させる回転数制御手段である。
【０００５】
次に、動作について説明する。回転数制御手段１１は給湯用に水を加熱するために圧縮機５を駆動する。また、ポンプ４に通電されて回転することにより、タンク１内の給湯用水を加熱通路３に流通させる。なお、給湯用水の流通方向は、図に矢印で示すように、タンク１内の下部→冷水管３ａ→給湯用熱交換器６の給湯用水通路６ｂと流れ、ここで圧縮機５より吐出された高圧のガス冷媒により加熱されて温水となり、給湯用水通路６ｂ→温水管３ｂ→タンク１内の上部へと流れてタンク１に貯められる。また、冷媒通路６ａを出た冷媒は、膨張弁７の弁開度に応じて減圧された後、室外熱交換器８においてファン１０により送風される外気との熱交換によって蒸発して圧縮機５に戻る。
【０００６】
このサイクルを繰り返してタンク１に多量の湯を蓄える。湯を利用する際には蓄えられた湯を使用することになり、例えば、ガラン１３により出湯して利用することになる。
【０００７】
そして、出湯することにより減少した湯は給水源１２より給湯用水が補給され先に述べた様にヒートポンプ熱源２にて加熱されることになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２３５９５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、湯を利用する際ヒートポンプ熱源２が起動して給湯用水が給湯用熱交換器６で充分な熱交換量を得、出湯温度が適温となるまで相当時間のタイムラグがある。そのため、タンク１に予め供給用水を加熱して湯を蓄え、利用時にタンク１より出湯することにより出湯するまでタイムラグを短縮する必要があった。一方、タンク１では多量の湯を蓄積しているため、大きな設置スペースを必要とし、さらにタンク１及びその中に蓄えられた湯の重量が大きなことから、ヒートポンプ式給湯装置の導入に当たって特別の設置構造や耐荷重などを勘案しなければならず建築設計上大きな負荷となると言う問題点があった。
【００１０】
本発明は上記問題を解決するもので、出湯するまでタイムラグを短縮し、タンク１を廃止することで省スペース化、軽量化を図り、建築設計上の負荷を低減できるヒートポンプ式給湯装置を提供すること目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明では、加熱通路内の給湯用水を加熱するために電磁誘導加熱手段を備えた。
【００１２】
この電磁誘導加熱手段により、給湯開始時に瞬時に給湯用水を加熱して、湯を供給できるので、ヒートポンプ熱源により、給湯用水が給湯用熱交換器で充分な熱交換量を得、出湯温度が適温となるまでのタイムラグを短縮できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機を備えたヒートポンプ熱源と、前記ヒートポンプ熱源により給湯用水を加熱するための加熱通路と、前記加熱通路内の給湯用水を加熱するために電磁誘導加熱手段を備えた。
【００１４】
この発明によれば、ヒートポンプ熱源により、給湯用水が給湯用熱交換器で充分な熱交換量を得、適温出湯が可能となるまでの間、電磁誘導加熱手段により給湯用水を瞬時に適温に加熱でき、ヒートポンプ熱源の加熱による適温出湯までのタイムラグを短縮できるので、タンクを廃止することができ、省スペース化、軽量化を図れ、建築設計上の負荷を低減できる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、電磁誘導加熱手段をヒートポンプ熱源の下流側に設置した。
【００１６】
この発明によれば、ヒートポンプ熱源での加熱能力の立ち上がりは外気温度や水温に左右されるため、出湯までの時間は季節により異なる。電源の入力条件により加熱能力がほぼ決定される電磁誘導加熱手段をヒートポンプ熱源の下流側に設置したことで、季節によるヒートポンプ熱源の加熱能力のばらつきの補正を行い易く、出湯までのタイムラグを短縮できると共に、出湯までの時間をほぼ一定にできる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、電磁誘導加熱手段とヒートポンプ熱源とを並列に設置した。
【００１８】
この発明によれば、起動時にヒートポンプ熱源側への水量を低減できる、即ち、ヒートポンプ熱源側からの吸熱量を低減できるので、圧縮機の吐出温度の上昇が速くなり、ヒートポンプ熱源が給湯用水の加熱を開始するまでの時間をさらに短縮できる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明による冷暖房給湯装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１おけるヒートポンプ式給湯装置の回路図である。尚、従来と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
図１において、外周部に高周波磁界を発生する加熱コイル１４と、内部に加熱コイル１４が発生する高周波磁界を受けて発熱する発熱体１５を備えた筒状の加熱管１６は本実施例では樹脂で構成しているが、電磁誘導加熱されない金属によって構成しても支障はないものである。
【００２２】
発熱体１５は筒状の金属によって構成しており、温水管３ｂから流入した水が通過する多数の孔を有している。なお本実施例では発熱体１５は給湯用水が流通する多数の孔を有する円筒状の金属としているが、発熱体１５を編目状の孔を有する磁性体または非磁性体としても、パイプ状、球状あるいは粒状の磁性体または非磁性体としても、金属板を単体あるいは複数組み合わせた磁性体または非磁性体であっても誘導加熱されるものであればよい。
【００２３】
またこれら、発熱体１５，加熱コイル１４及び加熱管１６で電磁誘導加熱手段１７を構成している。
【００２４】
さらに、２２は加熱管１６に流入する給湯用水の水温を検知する流入側温度検知手段、２３は加熱管１６から流出する給湯用水の水温を検知する流出側温度検知手段である。
【００２５】
また、２４は加熱通路３に通水する給水源１２からの給湯用水の通水量を調整するための流量調整手段であり、２５は加熱通路３内の通水量を検知する流量検知手段、２６は流入側温度検知手段２２、流出側温度検知手段２３の検知温度、及び流量検知手段２５に基づき、電磁誘導加熱手段１７の加熱出力、加熱通路３への通水量を調整するため流量調整手段２４及びヒートポンプ熱源２を制御する誘導加熱制御手段である。
【００２６】
以上の様に構成されたヒートポンプ式給湯装置について、本発明の特徴である出湯開始直後の動作を説明する。
【００２７】
ガラン１３が開かれて通水が開始されると、流量検知手段２５は通水開始を検知すると同時に、流出側温度検知手段２３により出湯温度が検知される。
【００２８】
出湯開始直後は通常、適温より低いため、流量調整手段２４で通水量を調整すると共に、電磁誘導加熱手段１７の出力を高出力として出湯温度を適温に制御すると共に、ヒートポンプ熱源２を動作させるが、起動直後はヒートポンプ熱源２による給湯熱交換器６での給湯用水の熱交換量は小さい。
【００２９】
また、誘導加熱制御手段１８が流量調整手段２４を制御して適当な流量の給湯用水を、加熱通路３を通して加熱管１６内に導入する。同時に誘導加熱制御手段１８は、商用電源を高周波に変換して、加熱コイル１４に高周波電流を供給する。加熱コイル１４はこの高周波電流を受けて高周波磁界を発生する。この高周波磁界は加熱管１６内の給湯用水の流路中に設けている発熱体１５と鎖交する。発熱体１５は磁性体によって構成しているため、この高周波磁界を受けると誘導加熱されて高温に発熱する。発熱体１５は給湯用水が流通する多数の孔を有しており、温水管３ｂから発熱体１５に導入された給湯用水は、発熱体１５によって加熱される。
【００３０】
さらに、電熱変換効率の良いヒートポンプ熱源２により給湯用熱交換器６での熱交換量が徐々に増加すると、流量調整手段２４で通水量を調整しながら電磁誘導加熱手段１７の出力を徐々に低下させていき、最終的に電磁誘導加熱手段１７の出力を停止する。
【００３１】
この間、電磁誘導加熱制御手段１８は、温度条件と、温水管３ｂから流れ込む給湯用水の流量と、加熱コイル１４に供給する電力の関係を予めプログラムされており、加熱管１６を出た湯はヒートポンプ熱源２加熱能力に関わらず、適温となっており、使用者はガラン１３からの湯を利用できるものである。
【００３２】
また、電磁誘導加熱手段１７を補助熱源として有していることから、冬期、室外熱交換器８が着霜しヒートポンプ熱源１７の運転が不可能なときにも給湯できる。
【００３３】
さらに、電磁誘導加熱手段１７は制御性が良く、短時間の内にヒートポンプ熱源１７の運転変動があり出湯温度に変動があったとしても、電磁誘導加熱手段１７は温度変動を補正でき、出湯温度精度の向上を図れる。
【００３４】
また、さらに、常時、電磁誘導加熱手段１７を補助熱源としてヒートポンプ熱源２と併用することで、ヒートポンプ熱源２の加熱容量を小さく設計することができる。
【００３５】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２おけるヒートポンプ式給湯装置の回路図である。尚、従来と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２において、１９は混合弁、２０はヒートポンプ出口温度検知手段、２１は出湯温度検知手段であり、２６は給湯機の制御を行う熱源制御手段である。
【００３７】
以上の様に構成されたヒートポンプ式給湯装置について、本発明の特徴である出湯開始直後の動作を説明する。
【００３８】
ガラン１３が開かれて通水が開始されると、ヒートポンプ熱源２の運転を開始すると共に、電磁誘導加熱手段１７の出力を徐々高くしていく。
【００３９】
そして、熱源制御手段２６はヒートポンプ出口温度検知手段２０により検知した温度が低く、出湯温度検知手段２１で検知した給湯温度が所定温度より低く、ヒートポンプ熱源２の運転状態が起動直後であることを検知すると、混合弁１９を制御して給湯用熱交換器６の給湯用水路６ｂへの通水量を減少させ、加熱管１６への通水量を増加せせる。
【００４０】
さらに、電磁誘導加熱手段１７の出力を高出力として、出湯温度検知手段２１で検知した給湯温度が所定温度となるよう、混合弁１９により給湯用熱交換器６の給湯用水路６ｂへの通水量と加熱管１６への通水量を制御する。
【００４１】
この時、給湯用熱交換器６の給湯用水路６ｂへの通水量は通常の運転状態に比べて少ないため、給湯用熱交換器６での冷媒の水への放熱量は少ないため圧縮機５の吐出温度の上昇が速い。
【００４２】
さらに、電熱変換効率の良いヒートポンプ熱源２により給湯用熱交換器６での熱交換量が徐々に増加すると、混合弁１９で通水量を調整しながら電磁誘導加熱手段１７の出力を徐々に低下させていき、最終的に電磁誘導加熱手段１７の出力を停止する。
【００４３】
この間、熱源制御手段２６は、温度条件と、給湯用熱交換器６の給湯用水路６ｂへの通水量と、加熱管１６への通水量、及び加熱コイル１４に供給する電力の関係を予めプログラムされており、加熱管１６を出た湯と給湯用水路６ｂを出た湯は混合弁１９にて適温にされ、使用者はガラン１３からの湯を利用できるものである。
【００４４】
また、ヒートポンプ熱源２を利用した供給水の加熱への切り替えをはやくできることから効率のよりよい運転が可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
ヒートポンプ熱源により、給湯用水が給湯用熱交換器で充分な熱交換量を得、適温出湯が可能となるまでの間、電磁誘導加熱手段により給湯用水を適温に加熱でき、ヒートポンプ熱源の加熱による適温出湯までのタイムラグを短縮できるので、タンクを廃止することができ、省スペース化、軽量化を図れ、建築設計上の負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヒートポンプ式給湯装置の実施例１における回路図
【図２】本発明によるヒートポンプ式給湯装置の実施例２における回路図
【図３】従来のヒートポンプ式給湯装置における回路図
【符号の説明】
２ヒートポンプ熱源
３加熱通路
５圧縮機
１７電磁誘導加熱手段

Claims

圧縮機を備えたヒートポンプ熱源と、前記ヒートポンプ熱源により給湯用水を加熱するための加熱通路と、前記加熱通路内の給湯用水を加熱するために電磁誘導加熱手段を備えたヒートポンプ式給湯装置。
電磁誘導加熱手段をヒートポンプ熱源の下流側に設置した請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
電磁誘導加熱手段とヒートポンプ熱源とを並列に設置した請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。