JP2006105566A

JP2006105566A - 給湯装置

Info

Publication number: JP2006105566A
Application number: JP2004296462A
Authority: JP
Inventors: Takashi Naruki; 孝志成木
Original assignee: Toshiba Electric Appliances Co Ltd
Current assignee: Toshiba Electric Appliances Co Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: JP4222993B2

Abstract

【課題】貯湯タンク21の下部の水を利用して除霜できる給湯装置11を提供する。
【解決手段】除霜時、ヒートポンプユニット13を逆サイクルで運転し、循環路35を通じて貯湯タンク21の下部から水を取り出して熱交換器44を経て貯湯タンク21の下部に取り入れる。熱交換器44で循環路35の水から集熱して蒸発器46の温度を上昇させて除霜する。
熱交換器44を経て温度低下した水を貯湯タンク21の下部に取り入れ、貯湯タンク21の下部の水温の上昇を防止し、除霜後の沸上時にヒートポンプユニット13による沸上効率を維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプユニットで沸き上げた湯を貯湯タンクに貯湯する給湯装置に関する。

従来、給湯装置においては、貯湯タンク内に貯湯する湯を沸き上げるのに、圧縮機、熱交換器、集熱器としての蒸発器などが設けられる冷媒回路を有するヒートポンプユニットを用いた給湯装置がある。

沸上運転時には、冷媒が圧縮機、熱交換器、蒸発器の順に循環する通常サイクルでヒートポンプユニットを運転させ、貯湯タンクの下部から水を取り出してヒートポンプユニットの熱交換器を経て貯湯タンクの上部に取り入れるように循環させることにより、熱交換器で沸き上げられた湯を貯湯タンクの上部からその湯と水との比重の差を利用して貯湯している。また、給湯時には、貯湯タンクの上部から湯を取り出して給湯している。

ところで、外気温度が低いときには、ヒートポンプユニットの運転中に、蒸発器に着霜し、集熱効率が低下してしまう。そのため、蒸発器に着霜したときには、除霜運転をして蒸発器に付着した霜を取り除いている。

除霜運転時には、冷媒が圧縮機、蒸発器、熱交換器の順に循環する逆サイクルでヒートポンプユニットを運転させ、貯湯タンクの上部から貯湯タンクの上部に貯湯されている湯を取り出してヒートポンプユニットの熱交換器を経て貯湯タンクの下部に取り入れるように循環させることにより、熱交換器で湯の熱を冷媒回路側に集熱して蒸発器に付着した霜を溶かして取り除いている（例えば、特許文献１参照。）。

また、除霜時に、ヒートポンプユニットを逆サイクルで運転させるのに加えて、貯湯タンクに貯湯されている湯を蒸発器の表面に流すことにより、短時間で確実に霜を取り除くようにした方法もあるが、貯湯タンクに貯湯されている湯を外部に流してしまうため、貯湯タンク内の湯量が減少してしまう問題がある。
特開平５−２７２８１２号公報（第３頁、図１）

しかしながら、除霜運転時には、貯湯タンクの上部に貯湯されている湯を取り出してヒートポンプユニットの熱交換器で集熱した後に貯湯タンクの下部に取り入れているため、貯湯タンク内の湯量が減少する問題がある。

また、貯湯タンクの上部に貯湯されている温度の高い湯を使用するため、ヒートポンプユニットの熱交換器を経ても温度が高いまま貯湯タンクの下部に取り入れて貯湯タンクの下部の水温が高くなり、除霜後の沸上時にその水温が高くなった水をヒートポンプユニットで沸き上げるために、ヒートポンプユニットの沸上効率（ＣＯＰ）が低下する問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、貯湯タンクの上部に貯湯されている湯を使用せずに除霜でき、しかも、貯湯タンクの下部の水温が上昇するのを防止し、除霜後の沸上時にヒートポンプユニットの沸上効率が低下するのを防止できる給湯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の給湯装置は、下部に取出口が設けられ、少なくとも上部および下部に上部取入口および下部取入口がそれぞれ設けられた貯湯タンクと、圧縮機、熱交換器および蒸発器が設けられる冷媒回路を有するとともにこの冷媒回路にサイクルを切り換える四方弁を設けたヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの下部の取出口から取り出した水を前記ヒートポンプユニットの熱交換器を経て各取入口のいずれか１つに切り換えて取り入れるように循環させる循環手段と、前記ヒートポンプユニットの蒸発器の着霜を検知する着霜検知手段と、沸上時に、前記ヒートポンプユニットを通常サイクルで運転させ、前記循環手段による循環で貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの上部取入口に取り入れさせる沸上制御手段と、前記着霜検知手段による着霜検知時に、前記ヒートポンプユニットを逆サイクルに切り換えて運転させ、前記循環手段による循環で貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経て貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせる除霜制御手段とを具備しているものである。

そして、着霜検知による除霜時に、ヒートポンプユニットを逆サイクルに切り換えて運転させ、循環手段による循環で貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経て貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせることにより、貯湯タンクの上部に貯湯されている湯を使用せず、貯湯タンクの下部の水を利用して除霜し、しかも、熱交換器を経て温度低下した水を貯湯タンクの下部に取り入れることで貯湯タンクの下部の水温が上昇するのを防止し、除霜後の沸上時にヒートポンプユニットの沸上効率が低下するのを防止する。

請求項２記載の給湯装置は、請求項１記載の給湯装置において、貯湯タンクの下部の水温を検知する水温検知手段を具備し、沸上制御手段は、沸上時に、前記水温検知手段で検知する水温が所定温度より低いときに循環手段による循環で熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせ、前記水温検知手段で検知する水温が所定温度以上のときに循環手段による循環で熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの上部取入口に取り入れさせるものである。

そして、沸上時に、貯湯タンクの下部の水温が所定温度より低いときには、循環手段による循環で熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせて所定温度にすることにより、除霜時に、熱交換器を経て温度低下した水が循環手段の循環経路中で凍結するのを防止する。

請求項３記載の給湯装置は、請求項１または２記載の給湯装置において、循環手段は、貯湯タンクの取出口から熱交換器を経て各取入口に至る循環路、この循環路の熱交換器を経た湯水を各取入口のいずれか１つに切り換えて取り入れさせる取入口切換手段、循環路に設けられて湯水を循環させる循環ポンプを有し、循環路にはこの循環路の熱交換器を経た湯水の温度を検知する温度検知手段が設けられ、除霜制御手段は、前記温度検知手段で検知する水温が所定の循環温度となるように循環ポンプによる循環流量を制御するものである。

そして、除霜時に、循環路の熱交換器を経た水の水温を検知し、その水温が所定の循環温度となるように循環ポンプによる循環流量を制御することにより、熱交換器を経て温度低下した水が循環路で凍結するのを防止するとともに熱交換器で水から確実に集熱する。

請求項１記載の給湯装置によれば、着霜検知による除霜時に、ヒートポンプユニットを逆サイクルに切り換えて運転させ、循環手段による循環で貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経て貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせることにより、貯湯タンクの上部に貯湯されている湯を使用せず、貯湯タンクの下部の水を利用して除霜でき、しかも、熱交換器を経て温度低下した水を貯湯タンクの下部に取り入れることで貯湯タンクの下部の水温が上昇するのを防止し、除霜後の沸上時にヒートポンプユニットの沸上効率が低下するのを防止できる。

請求項２記載の給湯装置によれば、請求項１記載の給湯装置の効果に加えて、沸上時に、貯湯タンクの下部の水温が所定温度より低いときには、循環手段による循環で熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせて所定温度にすることにより、除霜時に、熱交換器を経て温度低下した水が循環手段の循環経路中で凍結するのを防止できる。

請求項３記載の給湯装置によれば、請求項１または２記載の給湯装置の効果に加えて、除霜時に、循環路の熱交換器を経た水の水温を検知し、その水温が所定の循環温度となるように循環ポンプによる循環流量を制御することにより、熱交換器を経て温度低下した水が循環路で凍結するのを防止できるとともに熱交換器で水から確実に集熱できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１に示すように、給湯装置11は、本体ユニット12、沸上手段としてのヒートポンプユニット13を備えている。

本体ユニット12は湯を貯湯する貯湯タンク21を有し、この貯湯タンク21には、下部に給水口22が、上部に上部接続口23が、中間部に中間接続口24が、下部で給水口22より上側に下部接続口25が、それぞれ設けられている。そして、沸上貯湯時においては、給水口22は取出口として、上部接続口23は上部取入口として、中間接続口24は中間取入口として、下部接続口25は下部取入口として、それぞれ機能する。一方、給湯時においては、上部接続口23は上部取出口として、中間接続口24は中間取出口として、それぞれ機能する。

貯湯タンク21の側面には、貯湯タンク21の上から例えば６０Ｌ、１２０Ｌ、１８０Ｌの湯水の各高さ位置、および貯湯タンク21の下から例えば３０Ｌ、６０Ｌの湯水の各高さ位置に、貯湯タンク21内の湯水温度を検知するサーミスタ26a〜26eが配設されている。最下部のサーミスタ26eは、貯湯タンク21の下部の水温を検知する水温検知手段として構成されている。

貯湯タンク21の給水口22には水道管などの給水源に配管される給水管29が減圧弁30を介して接続され、上部接続口23には上部配管31が接続され、中間接続口24には中間配管32が接続され、下部接続口25には下部配管33が接続されている。

また、貯湯タンク21とヒートポンプユニット13との間には、貯湯タンク21内の下部の水をヒートポンプユニット13に対して循環させる循環手段34の循環路35が形成されている。この循環路35は、貯湯タンク21の給水口22に接続されて貯湯タンク21内の下部の水がヒートポンプユニット13に入る往き配管36、ヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯が出湯されて貯湯タンク21に戻る戻り配管37、これら往き配管36および戻り配管37で湯水を循環させる循環ポンプ38を備えている。

戻り配管37と各配管31，32，33との間には、ヒートポンプユニット13で沸き上げられて戻り配管37から貯湯タンク21に戻る湯を貯湯タンク21の各接続口23，24，25のいずれか１つに切り換えて取り入れさせる取入口切換手段としての取入口切換用三方弁39が配設されている。この取入口切換用三方弁39は、戻り配管37が接続される流入口39a、上部配管31が接続される上部流出口39b、中間配管32が接続される中間流出口39c、下部配管33が接続される下部流出口39dを有し、流入口39aに対して各流出口39b〜39dのいずれか１つを開放させて残りを閉止するように構成されている。

また、ヒートポンプユニット13は、冷媒が充填された冷媒回路42を有し、この冷媒回路42には圧縮機43、凝縮器としての熱交換器44、膨張弁45、集熱器としての蒸発器46、通常サイクル（正サイクル）と逆サイクルとにサイクルを切り換える四方弁47が設けられている。通常サイクルでは、冷媒が圧縮機43、熱交換器44、膨張弁45、蒸発器46、圧縮機43の順に循環し、蒸発器46で外気から集熱して熱交換器44で循環路35を循環する水を沸き上げる。逆サイクルは除霜時に切り換えるもので、この逆サイクルでは、冷媒が圧縮機43、蒸発器46、膨張弁45、熱交換器44、圧縮機43の順に循環し、熱交換器44で循環路35を循環する水から集熱して蒸発器46の温度を上昇させて除霜する。圧縮機43、膨張弁45、蒸発器46および四方弁47などは本体ユニット12とは別の室外機48に配置され、また、熱交換器44などは本体ユニット12に配置されている。また、蒸発器46には着霜を検知する着霜検知手段49が配設されている。

循環路35の往き配管36には熱交換器44へ至る給水温度を検知する給水温度検知センサ50が、戻り配管37には熱交換器44を経た湯水の温度を検知する温度検知手段としての出湯温度センサ51がそれぞれ配設されている。

また、上部配管31および中間配管32は、貯湯タンク21の上部接続口23および中間接続口24からの湯の取り出しを切り換えて給湯する給湯切換用三方弁53に接続されている。この給湯切換用三方弁53は、上部配管31が接続される上部流入口53a、中間配管32が接続される中間流入口53b、給湯配管54が接続される流出口53cを有し、流出口53cに対して各流入口53a，53bのいずれか一方を開放させて他方を閉止するように構成されている。

また、図２に、給湯装置11を制御する制御部61を示し、この制御部61は、サーミスタ26a〜26e、給水温度検知センサ50、出湯温度検知センサ51、ヒートポンプユニット13の着霜検知手段49などからの検知情報を入力し、ヒートポンプユニット13の圧縮機43および四方弁47、循環ポンプ38、取入口切換用三方弁39、給湯切換用三方弁53などを制御する。

制御部61は、沸上時に、ヒートポンプユニット13を通常サイクルで運転させ、循環手段34による循環で貯湯タンク21の下部から水を取り出して熱交換器44を経て沸き上げられた湯を貯湯タンク21の上部接続口23に取り入れさせる沸上制御手段62の機能と、着霜検知手段49による着霜検知時に、ヒートポンプユニット13を逆サイクルに切り換えて運転させ、循環手段34による循環で貯湯タンク21の下部から水を取り出して熱交換器44を経て貯湯タンク21の下部接続口25に取り入れさせる除霜制御手段の機能とを有している。

沸上制御手段62は、沸上時に、サーミスタ26eで検知する貯湯タンク21内の下部の水温が予め設定された所定温度より低いときに循環手段34による循環で熱交換器44を経て沸き上げられた湯を貯湯タンク21の下部接続口25に取り入れさせ、サーミスタ26eで検知する貯湯タンク21内の下部の水温が所定温度以上のときに循環手段34による循環で熱交換器44を経て沸き上げられた湯を貯湯タンク21の上部接続口23に取り入れさせる。ところで、この給湯装置11では、除霜運転時に貯湯タンク21の下部の水を使用するため、その水温が低すぎると除霜運転中に循環路35が凍結し、逆に高すぎると除霜運転中に貯湯タンク21内の下部の水温が上昇してしまって除霜運転後の沸上運転時にヒートポンプユニット13の沸上効率（ＣＯＰ）が低下してしまうため、これら両方を満足させる所定値は実験から１０℃とすることが好ましいという結果が得られている。

除霜制御手段63は、出湯温度検知センサ51で検知する水温が予め設定された所定の循環温度となるように循環ポンプ38による循環流量を制御する。所定の循環温度とは、熱交換器44を経て温度低下した水が循環路35で凍結しないとともに熱交換器44で水から確実に集熱できる温度とする。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

沸上運転の開始時に、まず、サーミスタ26eで検知する貯湯タンク21の下部の水温が、予め設定された所定温度の１０℃より低いか確認する。

ヒートポンプユニット13の蒸発器46に着霜が発生しやすい季節は水温も低く、貯湯タンク21の下部の水の水温は１０℃より低くなる場合がある。このような場合には、ヒートポンプユニット13を冷媒が圧縮機43、熱交換器44、膨張弁45、蒸発器46、圧縮機43の順に循環する通常サイクル（図１の実線矢印）で運転し、また、取入口切換用三方弁39で下部接続口25に切り換え、循環ポンプ38を駆動して貯湯タンク21の給水口22から取り出した貯湯タンク21の下部の水を熱交換器44を経て貯湯タンク21の下部の下部接続口25に取り入れるように循環させる。これにより、ヒートポンプユニット13の蒸発器46で外気から集熱して熱交換器44で循環路35を循環する水を沸き上げ、沸き上げた湯を貯湯タンク21の下部に取り入れる。サーミスタ26eで検知する貯湯タンク21の下部の水温が１０℃に達するまで、この沸上運転を継続する。

サーミスタ26eで検知する貯湯タンク21の下部の水温が１０℃に達すれば、取入口切換用三方弁39で下部接続口25から上部接続口23または中間接続口24に切り換え、通常の沸上運転をする。通常は、取入口切換用三方弁39で上部接続口23に切り換え、ヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯を上部接続口23から貯湯タンク21の上部に取り入れ、貯湯タンク21の上部から下方に向かって湯を順次貯湯する。

一方、沸上運転の開始時に、サーミスタ26eで検知する貯湯タンク21の下部の水温が１０℃以上であれば、通常の沸上運転をする。したがって、通常の沸上運転をするときには、貯湯タンク21の下部の水温が１０℃以上に保たれる。

また、沸上運転中において、ヒートポンプユニット13の蒸発器46に着霜が発生し、この着霜を着霜検知手段49で検知することにより、ヒートポンプユニット13による沸上運転を一端停止し、除霜運転に切り換える。

除霜運転では、ヒートポンプユニット13を冷媒が圧縮機43、蒸発器46、膨張弁45、熱交換器44、圧縮機43の順に循環する逆サイクル（図１の破線矢印）で運転し、また、取入口切換用三方弁39で上部接続口23から下部接続口25に切り換え、循環ポンプ38を駆動して貯湯タンク21の給水口22から取り出した貯湯タンク21の下部の水を熱交換器44を経て貯湯タンク21の下部の下部接続口25に取り入れるように循環させる。これにより、ヒートポンプユニット13の熱交換器44で循環路35の水から集熱して蒸発器46の温度を上昇させて除霜する。

この除霜運転の開始時には、それまでの沸上運転で沸き上げられた湯が熱交換器44内に残っているため、この湯の熱を集熱すべく、循環ポンプ38による循環流量を少なくし、除霜運転の効率を高める。その後は、熱交換器44の出口部の出湯温度検知センサ51で検知する水温が予め設定された所定の循環温度となるように循環ポンプ38による循環流量を制御する。所定の循環温度とは、熱交換器44を経て温度低下した水が循環路35で凍結しないとともに熱交換器44で水から確実に集熱できる温度とする。

そして、着霜検知手段49による着霜検知が解除されれば、除霜運転を停止し、上述した通常の沸上運転に切り換える。

このように、着霜検知による除霜時に、ヒートポンプユニット13を逆サイクルに切り換えて運転させ、循環手段34による循環で貯湯タンク21の下部から水を取り出して熱交換器44を経て貯湯タンク21の下部接続口25に取り入れさせることにより、貯湯タンク21の上部に貯湯されている湯を使用せず、貯湯タンク21の下部の水を利用して除霜でき、しかも、熱交換器44を経て温度低下した水を貯湯タンク21の下部に取り入れることで貯湯タンク21の下部の水温が上昇するのを防止し、除霜後の沸上時にヒートポンプユニット13の沸上効率が低下するのを防止できる。

また、沸上時に、貯湯タンク21の下部の水温が所定温度より低いときには、循環手段34による循環で熱交換器44を経て沸き上げられた湯を貯湯タンク21の下部接続口25に取り入れさせて所定温度にすることにより、除霜時に、熱交換器44を経て温度低下した水が循環手段34の循環路35中で凍結するのを防止できる。

また、除霜時に、循環路35の熱交換器44を経た水の水温を検知し、その水温が所定の循環温度となるように循環ポンプ38による循環流量を制御することにより、熱交換器44を経て温度低下した水が循環路35で凍結するのを防止できるとともに熱交換器44で水から確実に集熱できる。

本発明の一実施の形態を示す給湯装置の構成図である。同上給湯装置のブロック図である。

符号の説明

11 給湯装置
13 ヒートポンプユニット
21 貯湯タンク
22 取出口としての給水口
23 上部取入口としての上部接続口
25 下部取入口としての下部接続口
26e 水温検知手段としてのサーミスタ
34 循環手段
35 循環路
38 循環ポンプ
39 取入口切換手段としての取入口切換用三方弁
42 冷媒回路
43 圧縮機
44 熱交換器
46 蒸発器
47 四方弁
49 着霜検知手段
51 温度検知手段としての出湯温度検知センサ
62 沸上制御手段
63 除霜制御手段

Claims

下部に取出口が設けられ、少なくとも上部および下部に上部取入口および下部取入口がそれぞれ設けられた貯湯タンクと、
圧縮機、熱交換器および蒸発器が設けられる冷媒回路を有するとともにこの冷媒回路にサイクルを切り換える四方弁を設けたヒートポンプユニットと、
前記貯湯タンクの下部の取出口から取り出した水を前記ヒートポンプユニットの熱交換器を経て各取入口のいずれか１つに切り換えて取り入れるように循環させる循環手段と、
前記ヒートポンプユニットの蒸発器の着霜を検知する着霜検知手段と、
沸上時に、前記ヒートポンプユニットを通常サイクルで運転させ、前記循環手段による循環で貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの上部取入口に取り入れさせる沸上制御手段と、
前記着霜検知手段による着霜検知時に、前記ヒートポンプユニットを逆サイクルに切り換えて運転させ、前記循環手段による循環で貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経て貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせる除霜制御手段と
を具備していることを特徴とする給湯装置。
貯湯タンクの下部の水温を検知する水温検知手段を具備し、
沸上制御手段は、沸上時に、前記水温検知手段で検知する水温が所定温度より低いときに循環手段による循環で熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの下部取入口に取り入れさせ、前記水温検知手段で検知する水温が所定温度以上のときに循環手段による循環で熱交換器を経て沸き上げられた湯を貯湯タンクの上部取入口に取り入れさせる
ことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
循環手段は、貯湯タンクの取出口から熱交換器を経て各取入口に至る循環路、この循環路の熱交換器を経た湯水を各取入口のいずれか１つに切り換えて取り入れさせる取入口切換手段、循環路に設けられて湯水を循環させる循環ポンプを有し、循環路にはこの循環路の熱交換器を経た湯水の温度を検知する温度検知手段が設けられ、
除霜制御手段は、前記温度検知手段で検知する水温が所定の循環温度となるように循環ポンプによる循環流量を制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載の給湯装置。