JP2006214658A - Heat pump hot-water supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater.
従来のヒートポンプ給湯装置の第一の例として、図6に示すように、1は冷媒が循環してヒートポンプサイクル運転を行う冷媒回路、2は冷媒回路1の冷媒と水との間で熱交換を行う水/冷媒熱交換器、3はこの水/冷媒熱交換器で高温加熱された湯を貯留する貯湯タンクである。貯湯タンク3の底部から取水して水/冷媒熱交換器で高温沸き上げした後、貯湯タンク3へ貯留し、必要に応じて、貯湯タンク3から出湯するようなヒートポンプ給湯装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
As a first example of a conventional heat pump hot water supply apparatus, as shown in FIG. 6, 1 is a refrigerant circuit in which the refrigerant circulates and performs a heat pump cycle operation, and 2 is heat exchange between the refrigerant of the
また、第二の例として、図7に示すように、11は冷媒が循環してヒートポンプサイクル運転を行う冷媒回路、12は蓄熱手段、13は熱媒体例えば水が循環する熱媒体回路、14は冷媒回路11の冷媒と熱媒体回路13の熱媒体との間で熱交換を行う熱源側熱交換器である。蓄熱手段12は、高温側蓄熱材15と、該高温側蓄熱材15よりも融点が低い潜熱蓄熱材からなる低温側蓄熱材16とを備え、熱媒体回路13は、熱媒体を高温側蓄熱材15に放熱させた後に低温蓄熱材16に放熱させて熱源側熱交換器14に流入させるように流すことによって、蓄熱時において、冷媒回路のCOPが低下するのを防止できるヒートポンプ給湯装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら上記従来の第一の例のヒートポンプ給湯装置では、貯湯タンク3内の水を高温の湯までに沸き上げする際、貯湯タンク3の頭頂部から降りてくる高温の湯と貯湯タンク3内の未沸き上げの水との界面に存在する比較的温度の高い混合層は形成される。この混合層の水を水/冷媒熱交換器へ導いて沸き上げを行う際に、混合層の水温が高いため、ヒートポンプサイクルの加熱能力が低下し、ヒートポンプサイクルの成績係数(COP)が悪くなるという課題があった。
However, in the heat pump water heater of the first conventional example, when the water in the hot
また、第二の例のヒートポンプ給湯装置では、必要とする全ての熱量を高温側蓄熱材15と低温側蓄熱材16に貯蔵することによって、高温側蓄熱材用熱交換器と低温側蓄熱材用熱交換器とがそれぞれ必要不可欠となるため、給湯装置の構成が複雑となるという課題があった。また、異なる融点の持つ高温側蓄熱材15と低温側蓄熱材16もそれぞれ必要となり、これらを給湯装置に組み込むことになるため、給湯装置は重くなり、製造、搬送、設置各過程において、蓄熱材の扱いは難しく、コストが高くなるという課題もあった。 Moreover, in the heat pump hot water supply apparatus of the second example, by storing all the required heat amounts in the high temperature side heat storage material 15 and the low temperature side heat storage material 16, the heat exchanger for the high temperature side heat storage material and the low temperature side heat storage material are used. Since each of the heat exchangers is indispensable, there is a problem that the configuration of the hot water supply apparatus becomes complicated. Moreover, since the high temperature side heat storage material 15 and the low temperature side heat storage material 16 which have different melting | fusing points are each required and these are integrated in a hot water supply apparatus, a hot water supply apparatus becomes heavy and in each process of manufacture, conveyance, and installation, a heat storage material. It was difficult to handle and there was a problem of high cost.
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷媒回路のCOP低下がなく、簡単な構成で低コストの高性能ヒートポンプ給湯装置を提供する。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a high-performance heat pump hot water supply device that has a simple configuration and is low in cost without causing a COP drop in the refrigerant circuit.
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装置は、貯湯タンク底部の水を熱交換して水/冷媒熱交換器へ流す第1の流水路と給水管から給水される水と熱交換して出湯する第2の流水路とから少なくとも構成される蓄熱手段を備えるものである。 In order to solve the conventional problems, the heat pump hot water supply apparatus of the present invention is configured such that the water and heat supplied from the first water flow path and the water supply pipe that exchanges heat at the bottom of the hot water storage tank and flows the water to the water / refrigerant heat exchanger. The heat storage means comprises at least a second flowing water channel for exchanging and discharging hot water.
これによって、蓄熱手段は、貯湯タンク内の水を高温の湯までに沸き上げする際、貯湯タンクの頭頂部から降りてくる比較的温度の高い例えば30℃〜60℃の混合層と熱交換を行い、20℃〜30℃程度まで抑えることができるので、水/冷媒熱交換器の入口の水温を低く抑え、冷媒回路のCOP低下を防ぐことができる。また、取り込んだ熱と給水管からの低温水とを熱交換して出湯利用できる。 As a result, when the water storage means boils the water in the hot water storage tank to hot water, it exchanges heat with a relatively high temperature mixed layer of, for example, 30 ° C. to 60 ° C. that descends from the top of the hot water storage tank. Since the temperature can be reduced to about 20 ° C. to 30 ° C., the water temperature at the inlet of the water / refrigerant heat exchanger can be kept low, and the COP reduction of the refrigerant circuit can be prevented. Moreover, the heat taken in and the low temperature water from a water supply pipe can be heat-exchanged and used for hot water.
本発明によれば、冷媒回路のCOPの低下はなく、簡単な構成で低コストの高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there is no fall of COP of a refrigerant circuit, and it can provide a low-cost high-performance heat pump hot-water supply apparatus with a simple configuration.
第1の発明は、貯湯タンクと、圧縮機と放熱器とを備える冷媒循環回路と、放熱器と熱交換関係にある水/冷媒熱交換器と、貯湯タンクの底部から取り出した水を水/冷媒熱交換器を介して加熱して貯湯タンクの上部へ戻す積層ポンプと、貯湯タンクの下部から給水を行う給水管と、貯湯タンク底部の水を熱交換して水/冷媒熱交換器へ流す第1の流水路と給水管から給水される水と熱交換して出湯する第2の流水路とから少なくとも構成される蓄熱手段とを備えたものである。 The first aspect of the invention relates to a refrigerant circulation circuit including a hot water storage tank, a compressor and a radiator, a water / refrigerant heat exchanger in heat exchange relation with the radiator, and water taken out from the bottom of the hot water tank to the water / A stack pump that heats and returns to the upper part of the hot water tank through the refrigerant heat exchanger, a water supply pipe that supplies water from the lower part of the hot water tank, and heats the water at the bottom of the hot water tank to flow to the water / refrigerant heat exchanger The heat storage means comprises at least a first flowing water channel and a second flowing water channel that exchanges heat with water supplied from a water supply pipe and discharges hot water.
これによって、貯湯タンクの底部から取水して水/冷媒熱交換器で高温まで加熱し貯湯タンクの頭頂部へ戻し、貯湯タンク内の水を高温の湯までに沸き上げする際、貯湯タンクの頭頂部から降りてくる高温の湯と未沸き上げの水との界面に存在する比較的温度の高い例えば30℃〜60℃の混合層は、貯湯タンクの底部に降りてきた時に、貯湯タンク底部から取水される水の温度上昇を抑え例えば20℃〜30℃程度まで抑えることができるため、水/冷媒熱交換器の入口の水温を低く抑え、冷媒回路のCOP低下を防ぐことができる。また、取り込んだ熱と給水管からの低温水とを熱交換して出湯利用できる。 As a result, water is taken from the bottom of the hot water tank, heated to a high temperature with a water / refrigerant heat exchanger, returned to the top of the hot water tank, and when the water in the hot water tank is boiled to hot water, When a mixed layer having a relatively high temperature, for example, 30 ° C. to 60 ° C., present at the interface between hot water coming from the top and unboiled water comes down to the bottom of the hot water storage tank, Since the temperature rise of the water taken in can be suppressed to, for example, about 20 ° C. to 30 ° C., the water temperature at the inlet of the water / refrigerant heat exchanger can be suppressed low, and the COP reduction in the refrigerant circuit can be prevented. Moreover, the heat taken in and the low temperature water from a water supply pipe can be heat-exchanged and used for hot water.
このように、貯湯タンク底部の水の温度上昇を抑える蓄熱手段を設けるだけで、コストを抑えて簡単な構成で高性能のヒートポンプ給湯装置が提供できる。 In this way, a high-performance heat pump hot water supply apparatus can be provided with a simple configuration at a reduced cost simply by providing heat storage means for suppressing the temperature rise of the water at the bottom of the hot water storage tank.
第2の発明は、特に、第1の発明のヒートポンプ給湯装置において、貯湯タンクに貯えられた湯を出湯する出湯管を貯湯タンクの上部に設けるとともに、第2の流水路と出湯管を接続する出湯バイパス管を備えるものである。 In particular, the second invention is the heat pump water heater of the first invention, wherein a hot water discharge pipe for discharging hot water stored in the hot water storage tank is provided at an upper portion of the hot water storage tank, and the second flowing water passage and the hot water discharge pipe are connected. A hot water bypass pipe is provided.
これによって、蓄熱手段で貯蔵される熱量は出湯バイパス管を通じて、給水を予熱するように有効利用し、高効率とコンパクトを両立した高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 As a result, the amount of heat stored in the heat storage means can be effectively used to preheat the water supply through the hot water bypass pipe, and a high-performance heat pump hot water supply apparatus that achieves both high efficiency and compactness can be provided.
第3の発明は、特に、第2の発明のヒートポンプ給湯装置において、蓄熱手段は潜熱蓄熱材である平面の蓄熱プレートを積層に重ねることによって第1の流水路と第2の流水路とを形成するものである。 The third invention is the heat pump water heater of the second invention, in particular, in which the heat storage means forms a first flow channel and a second flow channel by stacking a flat heat storage plate as a latent heat storage material in a stack. To do.
これによって、蓄熱プレートを積層する工程だけで第1、第2の流水路が形成され、複雑な作業工程を廃し、製造時間も短縮される。 As a result, the first and second flow channels are formed only by the process of laminating the heat storage plates, the complicated work process is eliminated, and the manufacturing time is shortened.
第4の発明は、特に、第3の発明のヒートポンプ給湯装置において、潜熱蓄熱剤の融点を年間平均水温付近に設定したものである。 In the fourth aspect of the invention, in particular, in the heat pump hot water supply apparatus of the third aspect of the invention, the melting point of the latent heat storage agent is set near the annual average water temperature.
これによって、潜熱蓄熱剤の融点を年間平均水温付近に設定することによって、混合層の温水は潜熱蓄熱剤と熱交換する際に、温度差を取りやすくなり、熱交換性能の向上を図れるとともに、混合層の温水は年間平均水温付近まで温度低下でき、ヒートポンプサイクルの水/冷媒熱交換器の入水温度は低く確保できるため、ヒートポンプサイクルの高効率運転を実現することができる。 As a result, by setting the melting point of the latent heat storage agent near the annual average water temperature, the hot water in the mixed layer can easily take a temperature difference when exchanging heat with the latent heat storage agent, and the heat exchange performance can be improved. The temperature of the hot water in the mixed layer can be lowered to near the average water temperature annually, and the water / refrigerant heat exchanger water temperature in the heat pump cycle can be kept low, so that high efficiency operation of the heat pump cycle can be realized.
第5の発明は、特に、第1から第4の発明のヒートポンプ給湯装置において、蓄熱手段は貯湯タンクと別設したものである。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the heat pump hot water supply apparatus according to the first to fourth aspects of the invention, the heat storage means is provided separately from the hot water storage tank.
本実施の形態によれば、蓄熱手段を貯湯タンクと別設することによって、蓄熱手段の容量、形状などを貯湯タンク能力やメイン使用パタンなどに合わせて設定できるので、蓄熱量と温度レベルを最適値に設計でき、設計自由度の高い高効率ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。また、別設とすることで、ヒートポンプ給湯装置の設置性やメンテ性などをよくすることができ、より信頼性の高い高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 According to the present embodiment, by setting the heat storage means separately from the hot water storage tank, the capacity, shape, etc. of the heat storage means can be set according to the hot water storage tank capacity, main use pattern, etc., so the heat storage amount and temperature level are optimal. It is possible to provide a high-efficiency heat pump hot water supply device that can be designed to a value and has a high degree of design freedom. Moreover, by installing separately, the installation property of a heat pump hot-water supply apparatus, maintainability, etc. can be improved, and a more reliable high-performance heat pump hot-water supply apparatus can be provided.
第6の発明は、特に、第1から第4の発明のヒートポンプ給湯装置において、蓄熱手段は貯湯タンクの底部に設置したものである。これによって、蓄熱手段の設置場所を節約でき、設置場所が限られた場合であっても本発明の効果を得ることができる。 In a sixth aspect of the invention, in particular, in the heat pump hot water supply apparatus of the first to fourth aspects of the invention, the heat storage means is installed at the bottom of the hot water storage tank. Thereby, the installation place of the heat storage means can be saved, and the effect of the present invention can be obtained even when the installation place is limited.
第7の発明は、特に、第1から第6のいずれか一つの発明のヒートポンプ給湯装置において、冷媒は二酸化炭素、圧力は臨界圧力以上としたことである。 The seventh aspect of the invention is that, in particular, in the heat pump water heater of any one of the first to sixth aspects, the refrigerant is carbon dioxide and the pressure is equal to or higher than the critical pressure.
本実施の形態によれば、臨界圧力以上とすることによって、冷媒の二酸化炭素は水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することなく、水/冷媒熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、必要な高温度レベルまで水を効率的に加熱貯蔵できる。水/冷媒熱交換器の入水温度を低温化とすることで、ヒートポンプサイクルの高効率運転を実現でき、高効率のヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 According to the present embodiment, by setting the pressure to be equal to or higher than the critical pressure, the refrigerant carbon dioxide in the entire water / refrigerant heat exchanger is not condensed even if the temperature is lowered due to heat deprived by water. It is easy to form a temperature difference, and water can be efficiently heated and stored up to the required high temperature level. By reducing the incoming water temperature of the water / refrigerant heat exchanger, a highly efficient operation of the heat pump cycle can be realized, and a highly efficient heat pump water heater can be provided.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図、図2は同ヒートポンプ給湯装置の要部構成拡大図、図3は沸き上げを行う際の水/冷媒熱交換器の入水温度と沸き上げ温度変化及びCOP変化の時系列グラフ、図4は単位容積あたりの蓄熱量を示す蓄熱密度比較図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a system configuration diagram of a heat pump hot water supply apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a main part configuration of the heat pump hot water supply apparatus, and FIG. 3 is a water / refrigerant heat exchanger for boiling. 4 is a heat storage density comparison diagram showing the amount of heat storage per unit volume.
図1と図2において、冷媒循環回路20は圧縮機21と放熱器22と減圧手段23と吸熱器24からなる。そして、この冷媒循環回路20はヒートポンプサイクルを構成し、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる例えば二酸化炭素にような冷媒を封入している。25は積層ポンプ、26は放熱器22を流れる冷媒と熱交換して高温となった湯を輸送する貯湯管、27は貯湯管26と連通する貯湯タンクで、下部から給水管28を通って低温水である水道水を給水し、上部の出湯管29から出湯する。30は貯湯タンク27の底部から積層ポンプ25によって送られてきた水が放熱器22で冷媒と熱交換する水/冷媒熱交換器であり、そして、この水/冷媒熱交換器30で水は所定高温となり貯湯管26を経由し貯湯タンク27の頭頂部へ輸送される。31は給湯管29からの湯と給水管28からの給水を混合する混合弁であり、この混合弁31を通って所定の流量と温度の温水が給湯端末32へ送られる。
1 and 2, the
33は貯湯タンク27内の底部に設けた蓄熱手段である潜熱蓄熱部で、この潜熱蓄熱部33には、例えば硫酸ナトリウム水和物のような潜熱蓄熱剤を内包する蓄熱プレート34と、これら蓄熱プレート34を積層して構成する流水路35とを含む。蓄熱プレート34に内包される潜熱蓄熱剤の融点は低く設定され、例えば年間平均水温付近に設定されている。36はこの潜熱蓄熱部33に対応して設けた出湯管29と連通する出湯バイパス管、37はこの出湯バイパス管36に設けた流量を調整するバイパス流量電磁弁である。
図3において、横軸は沸き上げ運転経過時間、左縦軸は入水と沸き上げ温度、右縦軸はヒートポンプサイクル成績係数(COP)を表す。図中、ケースAは潜熱蓄熱部を有しない場合、ケースBは潜熱蓄熱部を用いた場合をそれぞれ示している。 In FIG. 3, the horizontal axis represents the boiling operation elapsed time, the left vertical axis represents the incoming water and the boiling temperature, and the right vertical axis represents the heat pump cycle coefficient of performance (COP). In the figure, case A does not have a latent heat storage part, and case B shows a case where a latent heat storage part is used.
図4の蓄熱密度比較図において、横軸は使用温度、縦軸は単位容積あたりの蓄熱量を表している。図中、それぞれ水と硫酸ナトリウム水和物の温度に対する蓄熱量をグラフで表示している。硫酸ナトリウム水和物の場合では、単位容積内に充填した硫酸ナトリウム水和物の比率(充填率)を74%とし、残りの26%を水として計算を行った。図中、一例として硫酸ナトリウム水和物の融点を32℃としているが、本実施例はその融点のものに限らない。 In the heat storage density comparison diagram of FIG. 4, the horizontal axis represents the operating temperature, and the vertical axis represents the heat storage amount per unit volume. In the figure, the amount of heat storage with respect to the temperature of water and sodium sulfate hydrate is displayed in a graph. In the case of sodium sulfate hydrate, the calculation was performed assuming that the ratio (filling rate) of sodium sulfate hydrate filled in a unit volume was 74% and the remaining 26% was water. In the figure, as an example, the melting point of sodium sulfate hydrate is 32 ° C., but this example is not limited to that melting point.
次に動作、作用について説明すると、積層ポンプ25の運転により、貯湯タンク27の底部から低温水、例えば17℃を導出し、水/冷媒熱交換器30に導かれる。一方、ヒートポンプサイクルにおいては、圧縮機21から吐出される高温高圧の冷媒ガスは放熱器22へ流入し、貯湯タンク27から流れてきた冷水を加熱する。そして、この水/冷媒熱交換器30で加熱され例えば80℃まで沸き上げした温水は、貯湯管26から貯湯タンク27の頭頂部に戻され貯留される。いわゆる積層沸き上げを行う。放熱器22で冷却された冷媒は減圧手段23で減圧されて吸熱器24に流入し、ここで大気熱、太陽熱、地中熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機21に戻る。
Next, the operation and action will be described. Low temperature water, for example, 17 ° C. is led out from the bottom of the hot
そして、給湯需要のある時、給湯管29を通じて貯湯タンク27内に貯湯される高温の湯がユーザーの使用する給湯端末32などへ供給される。給湯需要の温度レベルに応じて、混合弁31では水道水などとミキシングして所定の温度となり供給する。
When there is a demand for hot water supply, hot water stored in the hot
ところで、貯湯タンク27内の水を高温の湯までに沸き上げする際、貯湯タンク27の頭頂部から降りてくる高温の湯と貯湯タンク27内の未沸き上げの水との界面に存在する比較的温度の高く、例えば30℃〜60℃の混合層が形成される。この混合層を目標の沸き上げ温度例えば80℃まで沸き上げようとすると、図3のケースAに示すように、ヒートポンプサイクルの加熱能力が低下し、成績効率COPが悪くなる。
By the way, when the water in the hot
そこで、本実施例のように、貯湯タンク27の底部に設けた潜熱蓄熱部33においては、混合層の温度の高い温水は流水路35を流れて、蓄熱プレート34に内包される潜熱蓄熱剤の硫酸ナトリウム水和物と熱交換するようになっている。そして、硫酸ナトリウム水和物が混合層の温水から吸熱し、融点付近において潜熱を吸熱した。一方、この混合層の温水は硫酸ナトリウム水和物へ放熱したことによって、さらに温度が低下し、年間平均水温に近い温度レベルよりやや高く例えば20℃程度となる。
Therefore, as in the present embodiment, in the latent
図4にも示すように、一定の蓄熱量例えば200kJ/Lを確保するために、水の場合は65℃までとする必要があるのに対して、硫酸ナトリウム水和物の場合は約32℃で実現できる。また、同温度レベルで比較した場合、温度帯によるが、硫酸ナトリウム水和物は水より倍ぐらいの蓄熱量を有している。このように、潜熱蓄熱剤を用いた場合、低い温度レベルで所定の熱量を貯蔵することができる。 As shown in FIG. 4, in order to secure a constant heat storage amount, for example, 200 kJ / L, it is necessary to keep the temperature up to 65 ° C. in the case of water, whereas it is about 32 ° C. in the case of sodium sulfate hydrate. Can be realized. Further, when compared at the same temperature level, although depending on the temperature zone, sodium sulfate hydrate has a heat storage amount about twice that of water. Thus, when the latent heat storage agent is used, a predetermined amount of heat can be stored at a low temperature level.
そして、図3のケースBに示すように、本実施例でこの混合層の水温上昇を抑える潜熱蓄熱部33を用いたことによって、混合層の比較的温度の高い水は潜熱蓄熱部33の作用で、温度上昇を抑えることができるため、水/冷媒熱交換器30の入口の水温を低く抑え、冷媒回路のCOP低下を防ぐことができる。
Then, as shown in case B of FIG. 3, by using the latent
また、給湯端末32からの出湯要請があった時に、バイパス流量電磁弁37が所定開度で開き、出湯バイパス管36は給水管28から通水されるようになる。このようにして、給水を潜熱蓄熱部33の流水路35を通過させることによって、潜熱蓄熱部33の潜熱蓄熱剤に貯蔵される混合層の一部の熱量を給水予熱するようにする。そして、潜熱蓄熱剤によって予熱された給水は、出湯管29からきた高温湯とまたは給水管28からきた給水とミキシングして、所望の給湯温度となり、給湯端末32へ供給される。
Further, when there is a hot water discharge request from the hot
このように、貯湯タンク27底部の水の温度上昇を抑える蓄熱手段である潜熱蓄熱部33を設けることにより、コストを抑えて簡単な構成で高性能のヒートポンプ給湯装置が提供できる。
In this manner, by providing the latent
また、潜熱蓄熱部33で貯蔵される熱量は出湯バイパス管36を通じて、給水を予熱するように有効利用することによって、潜熱蓄熱剤に貯蔵された熱量を無駄なく利用できるので、湯切れすることなく、高効率とコンパクトを両立した高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
Further, the amount of heat stored in the latent
また、潜熱蓄熱剤の融点を年間平均水温付近に設定することによって、混合層の温水は蓄熱プレート34と熱交換する際に、温度差を取りやすくなり、熱交換性能の向上を図ることによって、コンパクト軽量化の蓄熱部を実現できるとともに、混合層は年間平均水温付近まで温度低下でき、沸き上げの時に、ヒートポンプサイクルの水/冷媒熱交換器30の入水温度は低く確保できるため、ヒートポンプサイクルの高効率運転を確実に実現ことができる。
In addition, by setting the melting point of the latent heat storage agent near the annual average water temperature, the hot water in the mixed layer can easily take a temperature difference when exchanging heat with the heat storage plate 34, and by improving the heat exchange performance, A heat storage part that is compact and lightweight can be realized, and the temperature of the mixed layer can be lowered to around the average water temperature annually, and the water /
また、ヒートポンプサイクルの冷媒を二酸化炭素とすることによって、地球環境保全を実現するとともに、臨界圧力以上とすることによって、冷媒の二酸化炭素は水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することなく、水/冷媒熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、必要な高温度レベルまで水を効率的に加熱できるため、貯湯タンクの高密度蓄熱を実現でき貯湯タンクのコンパクト化を図ることができる。さらに、水/冷媒熱交換器の入水温度を低温化とすることで、ヒートポンプサイクルの高効率運転を実現でき、高効率のヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 In addition, by using carbon dioxide as the refrigerant in the heat pump cycle, it is possible to conserve the global environment, and by setting the pressure above the critical pressure, the carbon dioxide in the refrigerant will condense even if its temperature drops due to water being deprived of heat. In addition, it becomes easier to form a temperature difference between the refrigerant and water throughout the water / refrigerant heat exchanger, and the water can be efficiently heated to the required high temperature level. Compactness can be achieved. In addition, by reducing the incoming water temperature of the water / refrigerant heat exchanger, a highly efficient operation of the heat pump cycle can be realized, and a highly efficient heat pump water heater can be provided.
(実施の形態2)
図5は本発明の第2の実施形態におけるヒートポンプ給湯装置を示すシステム構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a system configuration diagram showing a heat pump hot water supply apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、貯湯タンク27と別設して、水/冷媒熱交換器30の入口と貯湯タンク27の底部の間に、潜熱蓄熱部38を新設したことである。この潜熱蓄熱部38は給湯管29と連通する先行出湯流路39と、潜熱蓄熱剤を内包した蓄熱プレート40と、水/冷媒熱交換器30の入口と連通する低温化流路41とが交互に積層して構成されている。
In this embodiment, the difference from the first embodiment is that a latent
なお、第1の実施形態と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。 In addition, the thing of the same code | symbol as 1st Embodiment has the same structure, and abbreviate | omits description.
貯湯タンク27内の水を高温の湯までに沸き上げする際、貯湯タンク27の頭頂部から降りてくる高温の湯と貯湯タンク27内の未沸き上げの水との界面に存在する比較的温度の高い例えば30℃〜60℃の混合層は形成される。この混合層部分の温水は貯湯タンク27の底部から、潜熱蓄熱部38の低温化流路41を流れて、蓄熱プレート40に内包される潜熱蓄熱剤の硫酸ナトリウム水和物と熱交換してから、水/冷媒熱交換器30の入口へ流れるようになっている。そして、硫酸ナトリウム水和物が混合層の温水から吸熱し、融点付近において潜熱を吸熱した。一方、この混合層の温水は硫酸ナトリウム水和物へ放熱したことによって、温度が低下し、年間平均水温に近い温度レベル例えば20℃程度となる。
When the water in the hot
このように、この混合層の水温上昇を抑える潜熱蓄熱部38を用いたことによって、混合層の比較的温度の高い水は潜熱蓄熱部38の作用で、温度上昇を抑えることができるため、水/冷媒熱交換器30の入口の水温を低く抑え、冷媒回路のCOP低下を防ぐことができる。
Thus, by using the latent
また、給湯端末32からの出湯要請があった時に、バイパス流量電磁弁37が所定開度で開き、出湯バイパス管36は給水管28から通水されるようになる。このようにして、給水を潜熱蓄熱部38の先行出湯流路39を通過させることによって、潜熱蓄熱部38の潜熱蓄熱剤に貯蔵される混合層の熱量を給水予熱するようにする。そして、潜熱蓄熱剤によって予熱された給水は、出湯管29からきた高温湯とまたは給水管28からきた給水とミキシングして、所望の給湯温度となり、給湯端末32へ供給される。
Further, when there is a hot water discharge request from the hot
このように、貯湯タンク27底部の水の温度上昇を抑える蓄熱手段である潜熱蓄熱部38を設けるだけで、コストを抑えて簡単な構成で高性能のヒートポンプ給湯装置が提供できる。
In this way, a high-performance heat pump hot water supply apparatus can be provided with a simple configuration at a reduced cost simply by providing the latent
また、潜熱蓄熱部38で貯蔵される熱量は出湯バイパス管36を通じて、給水を予熱するように有効利用することによって、潜熱蓄熱剤に貯蔵された熱量を無駄なく利用できるので、湯切れすることなく、高効率とコンパクトを両立した高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
In addition, the amount of heat stored in the latent
さらに、このように、潜熱蓄熱部38を貯湯タンク27と別設することによって、潜熱蓄熱部38の容量、大きさ、設置形態などを貯湯タンク能力や使用頻度に合わせて設定できるので、蓄熱量と温度レベルを最適値に設計でき、設計自由度の高い湯切れのしない高効率ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
Furthermore, since the latent
また、別設とすることで、ヒートポンプ給湯装置の設置性やメンテ性などをよくすることができ、より信頼性の高い高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 Moreover, by installing separately, the installation property of a heat pump hot-water supply apparatus, maintainability, etc. can be improved, and a more reliable high-performance heat pump hot-water supply apparatus can be provided.
さらに、別設とすることで、貯湯タンク27にバイパス出湯管36の出口を設ける必要がなくなり、貯湯タンク27の製作コストを削減することができる。
Furthermore, by providing it separately, it is not necessary to provide the outlet of the bypass hot
なお、上記各実施の形態において、第一流体は二酸化炭素冷媒、第二流体は水としたが、その他の流体を用いても同様な効果が得られる。 In each of the above embodiments, the first fluid is a carbon dioxide refrigerant and the second fluid is water. However, the same effect can be obtained by using other fluids.
なお、上記各実施の形態において、水流路で加熱された水は貯湯タンクへ輸送されるとしたが、水流路を流れる水を所定温度まで加熱した後、貯湯タンクへ流れなくて、直接ユーザーの使用する給湯蛇口などへ供給してもよい。 In each of the above embodiments, the water heated in the water flow path is transported to the hot water storage tank. However, after the water flowing through the water flow path is heated to a predetermined temperature, the water does not flow to the hot water storage tank, and the user directly You may supply to the hot-water supply faucet etc. to be used.
また、上記各実施の形態において、蓄熱手段は蓄熱プレートにより構成される潜熱蓄熱部としたが、例えば蓄熱プレートの代わりに潜熱蓄熱材を詰め込んだ球体カプセル状のものにより構成される潜熱蓄熱部としてもよい。 Moreover, in each said embodiment, although the heat storage means was set as the latent heat storage part comprised by the heat storage plate, for example, as a latent heat storage part comprised by the spherical capsule shape packed with the latent heat storage material instead of the heat storage plate Also good.
なお、上記各実施の形態において、混合層は沸き上げした高温の湯と未沸き上げ水との界面に形成されるとしたが、沸き上げ温度の変動、中温水の貯湯タンク戻しや放熱による貯湯タンク内温度低下などによって形成された混合層についても、同様な効果が得られる。 In each of the above embodiments, the mixed layer is formed at the interface between the heated hot water and the non-boiling water. The same effect can be obtained for the mixed layer formed by the temperature drop in the tank.
以上のように、本発明にかかるヒートポンプサイクル給湯装置は、冷媒回路のCOPの低下はなく、簡単な構成で低コストの高性能ヒートポンプ給湯装置を提供することができる。 As described above, the heat pump cycle hot water supply apparatus according to the present invention does not decrease the COP of the refrigerant circuit, and can provide a low-cost, high-performance heat pump hot water supply apparatus with a simple configuration.
その他、幅広く熱交換、熱搬送などの用途にも適用できる。 In addition, it can be widely applied to applications such as heat exchange and heat transfer.
20 冷媒循環回路
21 圧縮機
22 放熱器
23 減圧手段
24 吸熱器
25 積層ポンプ
27 貯湯タンク
30 水/冷媒熱交換器
33、38 潜熱蓄熱部
36 出湯バイパス管
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