JP2006300467A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクに十分に熱交換された循環水を貯湯し、高効率なヒートポンプ沸き上げ運転を可能にする。
【解決手段】圧縮機１６、水冷媒熱交換器１７及び空気冷媒熱交換器１９を接続した冷媒回路と、貯湯タンク１、水冷媒熱交換器１７を接続した沸き上げ回路と、熱交換器８、浴槽１５を接続した負荷側循環回路と、貯湯タンク１、熱交換器８を接続したタンク循環回路とを備え、熱交換器８の下流側にサーミスタ２３と切替え弁２２とを設け、切替え弁２２から分岐したバイパス回路は空気冷媒熱交換器１９へ放熱を行う冷却器２１を経由して沸き上げ回路に接続されると共に、切換え弁２２はサーミスタ２３の検出値に応じて貯湯タンク１へ流れる流路とバイパス回路へ流れる流路とを切替えるようにし、風呂追い炊き運転あるいは暖房運転でも、貯湯タンク１に常に低温水が流入し、常時高効率なヒートポンプ沸き上げ運転が可能となる。
【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２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２に示すように、１は貯湯タンクで、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。６はヒートポンプユニット、７は沸き上げポンプ、８は追い焚き熱交換器でタンク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Ｂを形成している。１３はタンク循環ポンプ、１４は風呂循環ポンプ、１５は浴槽である。

従来は上記構成において、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より沸きあげポンプ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、熱交換され低温になった温水を熱交１次出口から貯湯タンク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に戻して追い焚きを行っていた。

そして、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、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な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な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、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び空気冷媒熱交換器を接続した冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、水冷媒熱交換器を接続した沸き上げ回路と、熱交換器、放熱体及び負荷側循環ポンプを接続した負荷側循環回路と、貯湯タンク、熱交換器及びタンク循環ポンプを接続したタンク循環回路とを備え、熱交換器の下流側に温度検出手段と切替え弁とを設け、切替え弁から分岐したバイパス回路は空気冷媒熱交換器へ放熱を行う冷却器を経由して沸き上げ回路に接続されると共に、切換え弁は前記温度検出手段の検出値に応じて貯湯タンクへ流れる流路とバイパス回路へ流れる流路とを切替えるようにしたものである。

これにより、貯湯タンクへ流れる入水の温度は、あらかじめ温度検出手段により設定される所定温度以下の温度であるために、常に高効率なヒートポンプ効率が維持できるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク全量を高効率なヒートポンプの沸き上げ運転を行うことが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接続した冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、水冷媒熱交換器を接続した沸き上げ回路と、熱交換器、放熱体及び負荷側循環ポンプを接続した負荷側循環回路と、貯湯タンク、熱交換器及びタンク循環ポンプを接続したタンク循環回路とを備え、熱交換器の下流側に温度検出手段と切替え弁とを設け、切替え弁から分岐したバイパス回路は空気冷媒熱交換器へ放熱を行う冷却器を経由して沸き上げ回路に接続されると共に、切換え弁は前記温度検出手段の検出値に応じて貯湯タンクへ流れる流路とバイパス回路へ流れる流路とを切替えるヒートポンプ給湯機である。

これによって、貯湯タンクへの入水温度を一定温度以下に保持することができ、沸き上げ運転時には、高効率なヒートポンプ特性を維持することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、切替え弁は温度検出手段の検出値が所定温度以上であればバイパス回路側に切替え、温度検出手段の検出値が所定温度より低ければ貯湯タンク側へ切替えるものである。

これによって、前記循環回路を流れる一定の温度以上の水温を有する流水は、切替え弁によりバイパス回路を経由して空気冷媒熱交換器で放熱されるので、常に貯湯タンクへの入水温度は、一定温度以下に保持することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、送風ファンを有し、送風ファンは冷却器から放出される熱を水冷媒熱交換器へ移動するものである。

これによって、温度検出手段により所定温度以上を有する水温の熱を放熱させることができ、貯湯タンクへの入水温度を低減させることができる。

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、放熱体を浴槽としたものである。

これによって、放熱体が浴槽等の水を温めることに用いることができ、放熱体のエネルギー消費効率の高い運転を実現できるヒートポンプ給湯機を提供できる。

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。

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の図を示すものである。図１において、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により冷媒回路が形成される。２０は、冷媒回路に風を送る送風ファンである。また、貯湯タンク１、ヒートポンプ往き口２、沸き上げポンプ７、水冷媒熱交換器１７、冷却器２１及びヒートポンプ戻り口３で沸き上げ回路が形成され、貯湯タンク１内の水を水冷媒熱交換器１７を介して加熱し、貯湯タンク１の上部にあるヒートポンプ戻り口３から高温の湯水を貯える。

浴槽１５と、負荷側循環ポンプ１４、熱交２次入り口１１、負荷側循環水と熱交換する熱交換器８、及び熱交２次出口１２により負荷側循環回路が形成されている。実施の形態では浴槽１５としたが、浴槽以外の放熱体（床暖房プレートなど）であってもよい。

貯湯タンク１と熱交換器往き口４、熱交１次入り口９、負荷側循環水と熱交換する熱交換器８、熱交１次出口１０、タンク循環水ポンプ１３、切替え弁２２によりタンク循環回路が形成される。また、タンク循環回路中の熱交１次出口１０側には循環湯水の温度を検出するサーミスタ２３が備え付けられており、サーミスタ２３の検出温度に応じて切替え弁２２を切替える。

切替え弁２２は、熱交１次出口１０から出てくる湯水の流路切換えを行い、一方は貯湯タンク１へ戻る流路であり、もう一方は替え弁２２から分岐して空気冷媒熱交換器１９で放熱を行う冷却器２１、水冷媒熱交換器１７、およびヒートポンプ戻り口３で形成されるバイパス回路側へ流れる流路である。

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。

まず、貯湯タンク１内の低温水の沸き上げ時には、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により水冷媒熱交換器１７に直接送り、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。

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。このとき、熱交換器戻り口５に戻る湯水は約３０度から６０度である中温水と呼ばれる温度湯水となっている。

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内にはより多くの中温水が貯湯されることになってしまう。この中温水は、沸き上げ時において著しくエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を悪化させるものである。

そこで、タンク循環ポンプ１３を経由して熱交１次出口１０から貯湯タンク１の熱交換器戻り口５に戻す際に、熱交１次出口１０から出た水温をサーミスタ１３により温度検出する。そして、サーミスタ１３の検出温度値と連動した切替え弁２３を設けてあり、サーミスタ１３による検出温度値が所定温度値以下であれば、そのまま貯湯タンク１の熱交換器戻り口５に戻すように切替え弁２３を切替える。

また、サーミスタ１３による検出温度値が所定温度値以上であれば、切替え弁２３により空気冷媒熱交換器１９へ放熱を行う冷却器２１を経由するバイパス回路へタンク循環回路中の水を誘導するように切替え、水冷媒熱交換器１７を経由して、ヒートポンプ戻り口３へ戻るようにする。所定温度値以上の湯水をバイパス回路側へ誘導することにより、貯湯タンク１には中温水の貯水量が減少し、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）が悪化しない。また、中温水を冷却器２１により放熱させるので、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）が向上する。また、送風ファン２０により冷却器から放出される熱を水冷媒熱交換器へ移動させているので、中温水の放熱により得た熱を効率的に利用できる。

以上にように、風呂追い炊き運転時には、貯湯タンクへ高温の中温水が戻ることがなく、貯湯タンクへ戻る貯湯タンク内には、常に高効率なヒートポンプ特性を維持するのに十分な熱交換された低温水が戻ってくることになり、ヒートポンプ給湯機のＣＯＰ低下を防止することができる。

本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、風呂追い炊きあるいは、暖房運転により、追い焚き熱交換器の下流側からの水温を検出して、所定温度以上の水温を検出した場合、十分に熱交換して循環水を放熱させて、貯湯タンク内に戻すバイパス回路を有しているので、貯湯タンク内に十分に熱交換されない高温の中温水が流入せず、常に低温水が流入することなになり、常時高効率なヒートポンプ沸き上げ運転が可能となり、高いＣＯＰを維持することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図 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
１７ 水冷媒熱交換器
１９ 空気冷媒熱交換器
２１ 冷却器
２２ 切替弁
２３ サーミスタ

Claims (4)

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接続した冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、前記水冷媒熱交換器を接続した沸き上げ回路と、熱交換器、放熱体及び負荷側循環ポンプを接続した負荷側循環回路と、前記貯湯タンク、前記熱交換器及びタンク循環ポンプを接続したタンク循環回路とを備え、前記熱交換器の下流側に温度検出手段と切替え弁とを設け、前記切替え弁から分岐したバイパス回路は前記空気冷媒熱交換器へ放熱を行う冷却器を経由して前記沸き上げ回路に接続されると共に、前記切換え弁は前記温度検出手段の検出値に応じて前記貯湯タンクへ流れる流路と前記バイパス回路へ流れる流路とを切替えるヒートポンプ給湯機。
2. 切替え弁は、温度検出手段の検出値が所定温度以上であればバイパス回路側に切替え、温度検出手段の検出値が所定温度より低ければ貯湯タンク側へ切替える請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 送風ファンを有し、前記送風ファンは冷却器から放出される熱を水冷媒熱交換器へ移動する請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 放熱体は浴槽である請求項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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