JP2006098040A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプによる高効率沸き上げ運転を行うとともに、貯湯タンクに比較的温度の高い中温水が貯湯されている場合でも、貯湯タンク全量を高温に沸き上げることのできるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【解決手段】不凍液循環ポンプ２２、水・不凍液熱交換器２１、空気冷媒熱交換器１９を配管接続した不凍液循環回路Ｅを備え、空気冷媒熱交換器１９は、不凍液循環回路Ｅの一部を一体構成とした。これにより、風呂追い焚きあるいは暖房運転により、貯湯タンク１内の湯水が中温水となった場合でも、一旦、水・不凍液熱交換器２１により中温水を低温水にした後に、水・不凍液熱交換器２１で中温水から不凍液へ放熱された熱量は、空気冷媒熱交換器１９にて冷媒回路Ｃ側に回収されヒートポンプ効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンク内の高温水を利用して風呂追い焚きあるいは暖房運転などを行うヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、ヒートポンプ給湯機は、ヒータやヒートポンプ等の熱源を用いて貯湯タンク内の水を沸き上げ、高温に沸き上げた湯を貯湯タンクとは別に設けた熱交換器に供給し、浴槽水あるいは暖房水と熱交換して風呂追い焚きや暖房運転を行い、熱交換後の湯水を貯湯タンクの下部に戻すように構成している（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプを熱源とした風呂追い焚き給湯装置を示すものである。図３に示すように、貯湯タンク１は、ヒートポンプ往き口２、ヒートポンプ戻り口３、熱交換器往き口４、熱交換器戻り口５を有し、前記熱交換器往き口４と熱交換器戻り口５の間で貯湯タンク１内の高温水を循環させるタンク循環回路Ａを形成している。また、この風呂追い焚き給湯装置は、ヒートポンプユニット６、沸き上げポンプ７、熱交換器でタンク１内の高温水を熱交換させる熱交１次入り口９、熱交１次出口１０、浴槽水を熱交換させる熱交２次入り口１１、熱交２次出口１２を有し、前記熱交２次入り口１１と熱交２次出口１２を経由して風呂循環回路（負荷側循環回路）Ｂを形成している。さらに、タンク循環ポンプ（負荷側循環ポンプ）１３、風呂循環ポンプ（負荷側循環ポンプ）１４、浴槽１５を備えている。

上記構成において、貯湯タンク１の湯水沸き上げ時には、貯湯タンク１下部の低温水をヒートポンプ往き口２より沸き上げポンプ７でヒートポンプユニット６に送り、ヒートポンプユニット６で高温水にして貯湯タンク１上部のヒートポンプ戻り口３より供給し、貯湯タンク１の上部から徐々にタンク全体を高温水にしていた。

そして、風呂追い焚き時には、貯湯タンク１上部の高温水を熱交換器往き口４からタンク循環ポンプ１３で熱交換器８の熱交１次入り口９に供給し、熱交換され低温になった温水を熱交１次出口１０から貯湯タンク１の熱交換器戻り口５に戻し、熱交換器８の１次側で貯湯タンク１内の高温水の循環回路を形成している。そして、浴槽１５の温水を風呂循環ポンプ１４で熱交換器８の熱交２次入り口１１に供給し、前記１次側の高温水と熱交換して温度上昇させて熱交２次出口１２から浴槽１５に戻して追い焚きを行っていた。また、貯湯タンク１下部に戻された熱交換後の中温水になったものをヒートポンプユニット６へ供給し、再び沸き上げを行っていた。
特開平９−８９３６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、風呂追い焚き時に貯湯タンク１上部の高温水を熱交換器往き口４からタンク循環ポンプ１３で熱交換器８の熱交１次入り口９に供給し、熱交換され中温になった温水を熱交１次出口１０から貯湯タンク１の熱交換器戻り口５に戻している。

この場合、タンク循環ポンプ１３の回転数が低く、流量が少なければ風呂循環回路Ｂへの熱交換量が少なく、沸き上げに時間がかかり、また、タンク循環ポンプ１３の回転数が高く流量が多いと、風呂循環回路Ｂへの熱交換量が多く、沸き上げ時間が早くなる。しかし、沸き上げ時間を早くするために循環流量を多くすると、貯湯タンク１下部には十分熱
交換されなかった中温水が戻ってくることになり、貯湯タンク１内には中温水が貯湯されることになる。

貯湯タンク１から比較的温度の高い中温水がヒートポンプユニット６に供給されると、ヒ−トポンプ６の特性として、ヒートポンプユニット６への入水温度が高い場合、効率が悪いので高効率沸き上げ運転ができないという課題を有していた。また、ヒートポンプユニット６への入水温度がさらに高く（例えば約６０℃）なると、沸き上げ運転が停止してしまうという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒートポンプによる高効率沸き上げ運転を行うとともに、貯湯タンクに比較的温度の高い中温水が貯湯されている場合でも、貯湯タンク全量を高温に沸き上げることのできるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、不凍液循環ポンプ、前記水・不凍液熱交換器、前記空気冷媒熱交換器を配管接続した不凍液循環回路を備え、空気冷媒熱交換器は不凍液循環回路の熱を冷媒回路に回収するようにしたものである。

これによって、風呂追い焚きあるいは暖房運転により、貯湯タンク内の湯水が中温水となった場合でも、一旦、水・不凍液熱交換器により中温水を低温水にした後に、水・不凍液熱交換器で中温水から不凍液へ放熱された熱量は、空気冷媒熱交換器にて冷媒回路側に回収されヒートポンプ効率を向上させることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプによる高効率沸き上げ運転を行うとともに、貯湯タンクに比較的温度の高い中温水が貯湯されている場合でも、貯湯タンク全量を高温に沸き上げることのできるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び空気冷媒熱交換器を配管接続して冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、水冷媒熱交換器及び水・不凍液熱交換器を配管接続した沸き上げ回路と、貯湯タンク、負荷側循環水と熱交換する熱交換器及びタンク循環ポンプを配管接続したタンク循環回路と、熱交換器及び負荷循環ポンプを配管接続した負荷側循環回路と、不凍液循環ポンプ、水・不凍液熱交換器及び前記空気冷媒熱交換器を配管接続した不凍液循環回路とを備え、空気冷媒熱交換器は前記不凍液循環回路の熱を前記冷媒回路に回収するようにしたヒートポンプ給湯機とすることにより、風呂追い焚きあるいは暖房運転により、貯湯タンク内の湯水が中温水となった場合でも、一旦、水・不凍液熱交換器により中温水を低温水にした後に、水・不凍液熱交換器で中温水から不凍液へ放熱された熱量は、空気冷媒熱交換器にて冷媒回路側に回収されヒートポンプ効率を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、不凍液循環ポンプは貯湯タンク内に中温水が貯湯されている場合の沸き上げ時に運転することにより、風呂追い焚きを行うことにより、高効率の風呂追い焚きが可能である。

第３の発明は、特に、第２の発明において、空気冷媒熱交換器における不凍液循環回路と冷媒回路とをフィンにより一体構成としたので、高効率の暖房運転が可能である。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれか１つの発明において、負荷側循環水と熱交換する熱交換器により、風呂追い焚きを行うことにより、高効率の風呂追い焚き及び暖房運転が可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機を示すものである。

図において、貯湯タンク１〜浴槽１５までの基本構成は、図２と同じである。相違点は、圧縮機１６、水冷媒熱交換器１７、膨張弁１８、及び空気冷媒熱交換器１９で冷媒回路Ｃが形成されていること、空気冷媒熱交換器１９に対応して送風ファン２０が設置されていること、少なくとも１つの貯湯タンク１、ヒートポンプ往き口２、沸き上げポンプ７、水・不凍液熱交換器２１、前記水冷媒熱交換器１７、及びヒートポンプ戻り口３で沸き上げ回路Ｄが形成されていること、不凍液循環ポンプ２２、前記水・不凍液熱交換器２１、前記空気冷媒熱交換器１９を配管接続して不凍液循環回路Ｅが形成されていることである。また、タンク循環回路Ａは、少なくとも１つの負荷側循環水を循環させ、風呂循環回路Ｂは少なくとも１つの負荷側循環ポンプを配管接続していることである。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。

貯湯タンク１内が低温水である場合、沸き上げ時には、貯湯タンク１下部の低温水をヒートポンプ往き口２より沸き上げポンプ７で水・不凍液熱交換器２１を通過させ、水冷媒熱交換器１７に送り、水冷媒熱交換器１７で高温水にして貯湯タンク１上部のヒートポンプ戻り口３より供給し、貯湯タンク１の上部から徐々にタンク全体を高温水にする。この場合、水冷媒熱交換器１７に流入する水は低温水のため、不凍液循環ポンプ２２を運転する必要はない。

そして、風呂追い焚き時には、貯湯タンク１上部の高温水を熱交換器往き口４からタンク循環ポンプ１３で追い焚き熱交換器８の熱交１次入り口９に供給し、熱交換され中温になった温水を熱交１次出口１０から貯湯タンク１の熱交換器戻り口５に戻す。そして、浴槽１５の温水を風呂循環ポンプ１４で追い焚き熱交換器８の熱交２次入り口１１に供給し、前記１次側の高温水と熱交換して温度上昇させて熱交２次出口１２から浴槽１５に戻して風呂追い焚きを行う。

風呂追い焚き運転時、タンク循環ポンプ１３による流量が少なければ風呂循環回路Ｂへの熱交換量が少なく、沸き上げに時間がかかるため、タンク循環ポンプ１３による流量を多くし風呂循環回路Ｂへの熱交換量を多くすることで、沸き上げ時間を早くする。しかし、沸き上げ時間を早くするために循環流量を多くすると、貯湯タンク１下部には十分熱交換されなかった中温水が戻ってくることになり、貯湯タンク１内には中温水が貯湯されることになる。

貯湯タンク１内に中温水が貯湯されている場合、沸き上げ時には、不凍液循環ポンプ２２を運転し、貯湯タンク１下部の中温水をヒートポンプ往き口２より沸き上げポンプ７で水・不凍液熱交換器２１を通過させ放熱により低温水とした後、水冷媒熱交換器１７に送り、水冷媒熱交換器１７で高温水にして貯湯タンク１上部のヒートポンプ戻り口３より供給し、貯湯タンク１の上部から徐々にタンク全体を高温水にする。この場合、中温水を一旦水・不凍液熱交換器２１を通過させることにより、中温水から不凍液への放熱が発生するが、水・不凍液熱交換器２１で中温水から不凍液へ放熱された熱量は、空気冷媒熱交換器１９にて、冷媒回路Ｃ側に回収されヒートポンプ効率を向上させることになるため、放
熱ロスとはならない。

また、外気温が低い場合、空気冷媒熱交換器１９では、その中を流れる冷媒温度は０℃以下となることがあり、空気冷媒熱交換器１９内の不凍液循環回路Ｅも０℃以下になることが考えられるが、不凍液が循環しているので、流体が凍結することはない。

図２は、空気冷媒熱交換器１９の構成を示すものであり、フィン２３、冷媒が通過する銅パイプ２４、不凍液が通過する銅パイプ２５を有する。これらフィン２３、銅パイプ２４および２５は一体で構成されており、不凍液が通過する銅パイプ２５からの熱はフィン２３により、冷媒が通過する銅パイプ２４に伝えられ、水・不凍液熱交換器２１で貯湯タンク１よりの中温水から不凍液に奪われた熱量は、空気冷媒熱交換器１９で冷媒回路Ｃに回収されることになる。

以上のように、本実施の形態においては、不凍液循環ポンプ２２、水・不凍液熱交換器２１、空気冷媒熱交換器１９を配管接続した不凍液循環回路Ｅを備え、空気冷媒熱交換器１９は、不凍液循環回路Ｅの一部を一体構成とすることにより、風呂追い焚きあるいは暖房運転により、貯湯タンク１内の湯水が中温水となった場合でも、一旦、水・不凍液熱交換器２１により中温水を低温水にした後に水冷媒熱交換器１７を通過させることができるので、沸き上げ運転時は水冷媒熱交換器１７には常に低温水が流入することになり、常時高効率なヒートポンプ沸き上げ運転が可能となる。

なお、負荷側循環水と熱交換する熱交換器８により、風呂追い焚きあるいは暖房運転、または、風呂追い焚き及び暖房運転を行うことにより、高効率の運転が可能である。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプによる高効率沸き上げ運転を行うとともに、貯湯タンクに比較的温度の高い中温水が貯湯されている場合でも、貯湯タンク全量を高温に沸き上げることができるので、風呂追い焚き機能付のヒートポンプ給湯機だけでなく、暖房機能付のヒートポンプ給湯機あるいは風呂追い焚きと暖房の両機能を持つヒートポンプ給湯機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同ヒートポンプ給湯機における空気冷媒熱交換器の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

１ 貯湯タンク
７ 沸き上げポンプ
８ 熱交換器
１３ タンク循環ポンプ
１４ 風呂循環ポンプ（負荷側循環ポンプ）
１６ 圧縮機
１７ 水冷媒熱交換器
１８ 膨張弁
１９ 空気冷媒熱交換器
２１ 水・不凍液熱交換器
２２ 不凍液循環ポンプ
Ａ タンク循環回路
Ｂ 風呂循環回路（負荷側循環回路）
Ｃ 冷媒回路
Ｄ 沸き上げ回路
Ｅ 不凍液循環回路

Claims (5)

1. 圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び空気冷媒熱交換器を配管接続して冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、前記水冷媒熱交換器及び水・不凍液熱交換器を配管接続した沸き上げ回路と、前記貯湯タンク、負荷側循環水と熱交換する熱交換器及びタンク循環ポンプを配管接続したタンク循環回路と、前記熱交換器及び負荷循環ポンプを配管接続した負荷側循環回路と、不凍液循環ポンプ、前記水・不凍液熱交換器及び前記空気冷媒熱交換器を配管接続した不凍液循環回路とを備え、前記空気冷媒熱交換器は前記不凍液循環回路の熱を前記冷媒回路に回収するようにしたヒートポンプ給湯機。
2. 不凍液循環ポンプは貯湯タンク内に中温水が貯湯されている場合の沸き上げ時に運転する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 空気冷媒熱交換器における不凍液循環回路と冷媒回路とをフィンにより一体構成された請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 負荷側循環水と熱交換する熱交換器により、風呂追い焚きを行う請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 負荷側循環水と熱交換する熱交換器により、暖房運転を行う請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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