JP2006046803A

JP2006046803A - 貯湯式ヒートポンプ給湯暖房装置

Info

Publication number: JP2006046803A
Application number: JP2004228524A
Authority: JP
Inventors: Naotaka Aizawa; 直孝藍沢; Satoru Tsurumaki; 悟鶴巻; Akira Matsuo; 亮松尾
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】貯湯式ヒートポンプ給湯暖房装置のＣＯＰを向上させる。
【解決手段】貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、循環ポンプ６を備え貯湯タンク１と加熱手段２とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路３と、二次側の湯水を加熱するための熱交換器９と、熱交換器９と加熱手段２とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路１０と、熱交循環回路１０の熱交換器９の下流から分岐され貯湯タンク１に熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管１２と、熱交循環回路１０を循環する湯水を貯湯タンク１を経由して加熱手段２に循環させるか、貯湯タンク１を経由しないで加熱手段２に循環させるかを切換える経路切換手段１３と、貯湯タンク１の貯湯温度を検出する貯湯温度センサ１６と、貯湯温度センサ１６で検出する温度に基づいて経路切換手段１３を切換える制御手段２１とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は貯湯式ヒートポンプ給湯暖房装置に関するものである。

従来よりこの種のものには、ヒートポンプ加熱手段により深夜時間帯に貯湯タンク内の水を循環加熱して昼間での給湯に必要な分量を貯湯し、暖房を行う場合は、ヒートポンプ加熱手段で加熱した温水を貯湯タンクと並列関係にある暖房用熱交換器に直接循環させて暖房を行うようにしたものがあった（例えば特許文献１）。
特開２００４−２８４１４号公報

しかし、この従来のものでは、暖房運転においてヒートポンプ加熱手段では暖房用熱交換器で熱交換して温度低下した例えば約４０℃程度の中温水が加熱されることとなり、ヒートポンプ加熱手段のＣＯＰ（成績係数）が低くなってしまうものであった。

そこで、本発明は上記の課題を解決するため、請求項１では、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させる循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記熱交換器と前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路を循環する湯水を前記貯湯タンクを経由して前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させるか、前記貯湯タンクを経由しないで前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させるかを切換える経路切換手段と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯温度センサで検出する温度に基づいて前記経路切換手段を切換える制御手段とを備えたものとした。

また、請求項２では、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させる循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記熱交換器と前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路を循環する湯水の前記貯湯タンクを経由して前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させる量と、前記貯湯タンクを経由しないで前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させる量とを調整する分配比率調整手段と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯温度センサで検出する温度に基づいて前記分配比率調整手段を制御する制御手段とを備えたものとした。

本発明によれば、貯湯タンク内に低温の水がある場合は、暖房運転においてこの低温の水を沸き上げるようにしているので、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ（成績係数）が向上し、暖房を効率よく運転することができるものである。

次に、本発明の貯湯式ヒートポンプ給湯暖房装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、３は前記貯湯タンク１の下部に接続された加熱往き管４および前記貯湯タンク１の上部に接続された加熱戻り管５よりなる加熱循環回路、６は前記加熱循環回路３に設けられて貯湯タンク１の湯水を循環させる加熱循環ポンプ、７は前記貯湯タンク１の下部に接続され貯湯タンク１に水を給水する入水管、８は前記貯湯タンク１の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管である。

９は二次側に放熱部（図示せず）に循環する湯水を加熱するための熱交換器、１０は前記熱交換器９と前記ヒートポンプ式加熱手段２とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路、この熱交循環回路１０はその回路の少なくとも一部を前記ヒーポン循環回路３と共有し、何れか一方の循環回路を循環可能にする循環切換手段１１が設けられているものである。なお、この一実施形態では、前記ヒーポン循環回路３のヒートポンプ式加熱手段２側のヒーポン往き管４とヒーポン戻り管５を前記熱交循環回路１０が共有しているもので、前記循環切換手段１１はヒーポン往き管４のヒートポンプ式加熱手段２側を、ヒーポン往き管４の貯湯タンク１側に連通するか熱交循環回路１０側に連通するかを切換える電動三方弁より構成されている。

１２は前記熱交循環回路１０の熱交換器９の下流から分岐され貯湯タンク１に熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管、１３は熱交循環回路１０のタンク戻し管１２への分岐点に設けられ熱交循環回路１０を循環する湯水を貯湯タンク１を経由してヒートポンプ式加熱手段２に循環させるか、貯湯タンク１を経由しないでヒートポンプ式加熱手段２に循環させるかを切換える経路切換手段である。

１４は前記入水管７から分岐された給水管、１５は前記出湯管８からの出湯と給水管１４からの給水を混合して設定温度の湯を供給する給湯混合弁である。

１６は貯湯タンク１の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅと呼び、この貯湯温度センサ１６が検出する温度情報によって、貯湯タンク１内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク１内の上下方向の温度分布を検知するものである。

ここで前記加熱手段２は、圧縮機１７と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１８と電子膨張弁１９と強制空冷式の蒸発器２０とで構成され、この加熱手段２には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。

２１は、前記循環切換手段１１と前記給湯混合弁１５の駆動を制御し、さらにヒートポンプ回路の構成要素と前記ヒーポン循環ポンプ６の駆動を制御することで冷媒−水熱交換器１８に流入してきた湯水を所望の沸き上げ温度まで沸き上げるようにしていると共に、前記貯湯温度センサ１６で検出する温度に基づいて前記経路切換手段１３を切換える制御手段であり、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている。

ここで、貯湯タンク１内にヒートポンプ式加熱手段２で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御手段２１は深夜時刻になると電力単価が安価な深夜時間帯内で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始し、循環切換手段１１をヒーポン循環回路３が循環可能に切換える（この実施形態ではヒーポン循環回路３のヒートポンプ式加熱手段２側を、ヒーポン往き管４の貯湯タンク１側に連通する）と共に、ヒーポン循環ポンプ６とヒートポンプ式加熱手段２を駆動および起動して、貯湯タンク１の下部から取り出した湯水をヒートポンプ式加熱手段２により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク１の上部に積層させるように貯湯する。そして、所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ６およびヒートポンプ式加熱手段２の停止して貯湯運転を終了する。

次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管７から貯湯タンク１内に給水されると同時に出湯管８から貯湯温水が出湯される。このとき、貯湯タンク１の底部には低温の給水が貯湯温水と入れ替わりで貯められる。そして、この出湯管８からの湯水は給湯混合弁１４に流入し、前記制御手段２０によりコントロールされる給湯混合弁１４によって給水管１３からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。

次に、暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、前記制御手段２１は暖房の二次側の運転を開始して循環切換手段１２を熱交循環回路１０が循環可能に切換える（この実施形態ではヒーポン循環回路３のヒートポンプ式加熱手段２側を、熱交循環回路１０側に連通する）と共に、ヒーポン循環ポンプ６とヒートポンプ式加熱手段２を駆動及び起動して、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度加熱手段２に直接循環させて再度加熱して暖房を行う。なお、この場合の暖房運転を直暖運転と呼ぶ。

このとき、前記制御手段２１は前記貯湯温度センサ１６で検出する貯湯タンク１下部の温度が所定温度（ここでは例えば４０℃）以上あるかを判断し、貯湯タンク１下部の温度が所定温度以上である場合は、図２に示すように、熱交換器９を通過した湯水が貯湯タンク１を経由しないでヒートポンプ式加熱手段２に循環するよう前記制御手段２１は前記経路切換手段１３を熱交循環回路１０の上流側と下流側とが連通するように切換える。そして、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度ヒートポンプ式加熱手段２に直接循環させて再度加熱して暖房を行うようにしている。

また、給湯運転により貯湯タンク１の下部に低温の水が溜められて、貯湯温度センサ１６で検出する貯湯タンク１下部の温度が所定温度未満である場合は、図３に示すように、熱交循環回路１０を循環する湯水がタンク戻し管１２を介し貯湯タンク１を経由してヒートポンプ式加熱手段２に循環するよう前記制御手段２１は前記経路切換手段１３を熱交循環回路１０の上流側とタンク戻し管１２が連通するように切換える。同時に、前記循環切換手段１１をヒーポン循環回路３が循環可能に切換える（この実施形態ではヒーポン循環回路３のヒートポンプ式加熱手段２側を、ヒーポン往き管４の貯湯タンク１側に連通する）。そして、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水をタンク戻し管１２を介して貯湯タンク１の中間部に戻す。一方、貯湯タンク１の下部の低温水がヒーポン循環回路３に押し出されて前記ヒートポンプ式加熱手段２に循環され、この低温の水がヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げられて熱交換器９に循環される。

このように、貯湯タンク１内に低温の水がある場合は、暖房運転においてこの低温の水を沸き上げるようにしているので、ヒートポンプ式加熱手段２のＣＯＰ（成績係数）が向上し、暖房を効率よく運転することができるものである。

次に、本発明の他の一実施形態について図４、図５に基づいて説明する。なお、先の実施例１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略することとする。

この実施形態では、図４に示すように先の一実施形態の経路切換手段１３に換え、前記熱交循環回路１０を循環する湯水の貯湯タンク１を経由してヒートポンプ式加熱手段２に循環させる量と、貯湯タンク１を経由しないでヒートポンプ式加熱手段２に循環させる量とを調整する分配比率調整手段２２を設けたものである。

ここで、前記分配比率調整手段２２は、例えば図５に示すように、分岐流路２２ａ、２２ｂと、共通流路２２ｃを有したボディ２２ｄと、ボディ２２４ｄ内に配された分配比率を調節するための弁体２２ｅと、この弁体２２ｅを駆動するステッピングモータからなる駆動手段２２ｆより構成されている。そして、この一実施形態では分岐流路２２ａ、２２ｂをそれぞれ熱交循環回路１０の下流側とタンク戻し管１２側に接続し、共通流路２２ｃを熱交循環回路１０の熱交換器９側に接続して構成されているものである。

そして、前記分配比率調整手段２２は前記貯湯温度センサ１６の検出温度に基づいて前記制御手段２１によりその分配比率が制御されるものである。

次に、暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、前記制御手段２１は暖房の二次側の運転を開始すると共に、ヒーポン循環ポンプ６とヒートポンプ式加熱手段２を駆動及び起動して、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度加熱手段２に直接循環させて再度加熱して直暖運転を行う。

このとき、前記制御手段２１は前記貯湯温度センサ１６で検出する貯湯タンク１下部の温度が所定温度（ここでは例えば４０℃）以上あるかを判断し、貯湯タンク１下部の温度が所定温度以上である場合は、熱交換器９を通過した湯水が貯湯タンク１を経由しないでヒートポンプ式加熱手段２に循環するよう前記制御手段２１は前記分配比率調整手段２２を熱交循環回路１０の下流側が全開となるように制御する。そして、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度ヒートポンプ式加熱手段２に直接循環させて再度加熱して暖房を行うようにしている。

また、給湯運転により貯湯タンク１の下部に低温の水が溜められて、貯湯温度センサ１６で検出する貯湯タンク１下部の温度が所定温度未満である場合は、熱交循環回路１０を循環する湯水がタンク戻し管１２を介し貯湯タンク１を経由してヒートポンプ式加熱手段２に循環するよう前記制御手段２１は前記分配比率調整手段２２を熱交循環回路１０の上流側とタンク戻し管１２が連通するように制御する。そして、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水をタンク戻し管１２を介して貯湯タンク１の中間部に戻す。一方、貯湯タンク１の下部の低温水がヒーポン循環回路３に押し出されて前記ヒートポンプ式加熱手段２に循環され、この低温の水がヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げられて熱交換器９に循環される。

ここで、前記貯湯温度センサ１６で検出する貯湯タンク１下部の温度に応じて分配比率調整手段２２の分配比率は制御されており、例えば貯湯タンク１下部の温度が前記所定温度よりも低い一定温度以下（例えば２０℃以下）の場合は、前記分配比率調整手段２２は熱交換器９で熱交換された湯水と貯湯タンク１下部の低温水とが例えば３０℃以下になるように混合されてヒートポンプ式加熱手段２に戻るように前記制御手段２１により制御されるようにしてもよいものである。

なお、本発明は上記した一実施形態および他の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能であり、これを妨げるものではない。

本発明の一実施形態の概略構成図。同一実施形態の作動を説明するための図。同一実施形態の作動を説明するための図。本発明の他の一実施形態の概略構成図。他の一実施形態の分配比率調整手段の一例の断面図。

符号の説明

１貯湯タンク
２ヒートポンプ式加熱手段
３ヒーポン循環回路
６循環ポンプ
７入水管
８出湯管
９熱交換器
１０熱交循環回路
１２タンク戻し管
１３経路切換手段
１６貯湯温度センサ
２１制御手段
２２分配比率調整手段

Claims

入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させる循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記熱交換器と前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路を循環する湯水を前記貯湯タンクを経由して前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させるか、前記貯湯タンクを経由しないで前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させるかを切換える経路切換手段と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯温度センサで検出する温度に基づいて前記経路切換手段を切換える制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式ヒートポンプ暖房装置。
入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させる循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記熱交換器と前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路を循環する湯水の前記貯湯タンクを経由して前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させる量と、前記貯湯タンクを経由しないで前記ヒートポンプ式加熱手段に循環させる量とを調整する分配比率調整手段と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯温度センサで検出する温度に基づいて前記分配比率調整手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式ヒートポンプ暖房装置。