JP2006046803A - 貯湯式ヒートポンプ給湯暖房装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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 (2)
- 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。
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JP2004228524A JP2006046803A (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | 貯湯式ヒートポンプ給湯暖房装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010122759A1 (ja) * | 2009-04-21 | 2010-10-28 | パナソニック株式会社 | 貯湯式給湯装置、給湯暖房装置、運転制御装置、運転制御方法及びプログラム |
-
2004
- 2004-08-04 JP JP2004228524A patent/JP2006046803A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010122759A1 (ja) * | 2009-04-21 | 2010-10-28 | パナソニック株式会社 | 貯湯式給湯装置、給湯暖房装置、運転制御装置、運転制御方法及びプログラム |
JP5498959B2 (ja) * | 2009-04-21 | 2014-05-21 | パナソニック株式会社 | 貯湯式給湯装置、給湯暖房装置、運転制御装置、運転制御方法及びプログラム |
US9170030B2 (en) | 2009-04-21 | 2015-10-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Storage hot water supplying apparatus, hot water supplying and space heating apparatus, operation control apparatus, operation control method, and operation control program |
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