JP2006329609A - 給湯装置 - Google Patents
給湯装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006329609A JP2006329609A JP2006012878A JP2006012878A JP2006329609A JP 2006329609 A JP2006329609 A JP 2006329609A JP 2006012878 A JP2006012878 A JP 2006012878A JP 2006012878 A JP2006012878 A JP 2006012878A JP 2006329609 A JP2006329609 A JP 2006329609A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot water
- water
- heat
- flow path
- burner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 918
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims abstract description 62
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 34
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 23
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 23
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 23
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)methane Chemical compound F[C]Cl KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- -1 that is Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004851 dishwashing Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
【解決手段】 給湯装置10は、ヒートポンプ12と、貯湯槽60と、水循環ポンプ47と、バーナー78を備えている。ヒートポンプ12は、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第1熱交換器20と、熱媒体を圧縮する圧縮機23と、熱媒体と水の間で熱交換する第2熱交換器21と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁24」を一巡する通路を循環させる。水循環ポンプ47は、貯湯槽60の下部から第2熱交換器21に送水するとともに、第2熱交換器21で加熱された水を貯湯槽60に戻す。バーナー78は、通過する水を必要時に加熱する。本発明の給湯装置10では、第2熱交換器21で加熱された水が流れる流路67が、貯湯槽60の上部から送り出された水をバーナーに送る流路71の途中に合流している。
【選択図】 図1
Description
貯湯槽には通常は温水が貯湯されているが、温水を使い切った状態では冷水が蓄えられている。ここでは、両者を区別しないで共通的に「貯湯されている」という。また、温水と冷水を区別することなく「水」と総称することにする。「水」は「湯」に対立する意味での「水」でなく、温水であることもあれば冷水であることもある。
ガスバーナーや灯油バーナー等の燃焼バーナーを利用する給湯装置は、水を加熱するのに要するランニングコストが割高になるという短所をもっている反面、短時間に加熱できることから貯湯槽を必要としない。給湯装置の設置面積が小さくてすみ、設備の導入コストが安価であるという長所を持っている。
ハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておいた温水温度が必要温度に満たない場合にはバーナーを利用して加熱できることから、貯湯槽に貯湯しておく温水の温度が低くてもよい。貯湯槽に貯湯しておく蓄熱量が少なくてもよいことも、貯湯槽に貯湯しておく温水の温度を低くするのに有用である(バーナーを用いない場合には、大型の貯湯槽に高温の温水を貯湯することによって必要な蓄熱量を確保しておく必要がある)。ハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておく温水温度が低くてもよいことから、貯湯槽の保温能力は低くてすむ。何よりも、高温の温水に加熱するヒートポンプの効率と低温の温水に加熱するヒートポンプの効率を比較すると、前者は後者よりも顕著に低く、ヒートポンプで低温の温水に加熱して貯湯しておくハイブリッド式給湯装置では、ヒートポンプを高効率で活用することができる。さらに、バーナーを用いない場合には、ヒートポンプで90℃程度の高温に加熱する必要があるので、ヒートポンプの熱媒体が限られてくる。実際的には炭酸ガスを利用する他はない。炭酸ガスを利用する場合には、相変化が利用できず、潜熱が利用できないことから効率が低い。それに対して、ハイブリッド式給湯装置では、45℃程度の低温に加熱すれば足りることから、代替フロン等を熱媒体に利用することができ、潜熱を利用して高い効率で加熱することができる。
ハイブリッド給湯装置の下流側に設けられている給湯栓等が開かれると、ハイブリッド給湯装置から給湯が行われる。そのときには、貯湯槽の下部に加わっている水道水の圧力によって、貯湯槽の上部から水が送り出される。また、貯湯槽の下部から送り出された水がヒートポンプで加熱される。貯湯槽の上部から送り出された水と、貯湯槽の下部からヒートポンプに送り出された水を補充するために、貯湯槽の下部に水道水が流入する。ヒートポンプで加熱された水は、貯湯槽の上部に入り込む。すなわち、ヒートポンプで加熱された水が、一旦貯湯槽の上部に混合し、元々貯湯槽に貯湯されていた水とともに、貯湯槽の上部から送り出される。このような構成は、ヒートポンプと貯湯槽が直列的に接続されているとみなすこともできる。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、貯湯槽の上部から送り出される水の温度のコントロールが容易な給湯装置を実現することを課題とする。
この給湯装置では、第2熱交換器で加熱された水が流れる流路が、貯湯槽の上部から送り出された水をバーナーに送る流路の途中に合流している。この構成は、ヒートポンプと貯湯槽が並列的に接続されているとみなすこともできる。ヒートポンプと貯湯槽が並列的に接続されていると、ヒートポンプで加熱された水の温度と、貯湯槽の上部から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。よって、貯湯槽の上部から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
ヒートポンプの圧縮機は、その圧縮比が小さいほどCOP(エネルギー効率)が高くなる。ヒートポンプの圧縮比が小さいと、ヒートポンプの第2熱交換器から送り出される水の温度が低くなる。上述の給湯装置は、第2熱交換器から送り出される水が、貯湯槽の上部から送り出される水よりも低温である関係を満足するように、ヒートポンプを運転する。よって、ヒートポンプのCOPが高くなる。
必要時に水を加熱するバーナーからは、高温の燃焼ガスが排出される。上述の給湯装置では、バーナーの燃焼ガスを利用して熱媒体を加熱することで、ヒートポンプで必要とされる圧縮比を軽減することができる。ヒートポンプのCOPを向上することができる。
上述の給湯装置によれば、バーナーの燃焼ガスを利用して、貯湯槽へ給水される水を加熱することができる。これによって、燃焼ガスから回収される熱を貯湯槽に蓄えることができる。必要とされる温度の温水を給湯するためのバーナーの火力を軽減し、システムの熱効率を向上することができる。
第3熱交換器に流入する熱媒体はヒートポンプにおいて外気との熱交換によって加熱されたものであり、第4熱交換器に流入する水は上水道などの給水源から供給されるものである。一般に、第3熱交換器に流入する熱媒体の温度は低く調整されており、その温度は第4熱交換器に流入する水の温度よりも低い。上述の給湯装置では、先ず高温の燃焼ガスを利用して第4熱交換器で水を加熱し、次いで温度が低下した燃焼ガスを利用して第3熱交換器で熱媒体を加熱する。このような構成とすることによって、燃焼ガスから多くの熱量を回収することが可能となり、システムの熱効率がさらに向上する。
(形態1)
バーナーから送り出される水に水道水を混合する流路と、その流路に介装された流量調整弁を備えており、
給湯要求温度よりも低い温度の水が貯湯槽に貯湯されており、バーナーをミニマム燃焼させるとバーナーから送り出される水の温度が給湯要求温度を超える場合に、バーナーをミニマム燃焼させるとともに、給湯要求温度を満足する給湯が行われるように、ヒートポンプの圧縮比と流量調整弁の開度を調整することを特徴とする給湯装置。
本発明の給湯装置に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、給湯装置10は、ヒートポンプ12、給水部17、貯湯部14、バーナー部15、コントローラ16等を備えている。
ヒートポンプ12は、外気熱交換器(第1熱交換器)20、圧縮機23、給湯熱交換器(第2熱交換器)21、減圧弁24、循環往路30、循環復路31等を有している。
外気熱交換器20は熱交換ファン22を備えており、熱交換ファン22は電動モータ25と電動モータ25の駆動軸に取り付けられたファン26を持っている。ファン26は、電動モータ25に駆動されて回転する。ファン26が回転すると、外気が外気熱交換器20に吹き付けられる。外気熱交換器20は、内部に設けられている熱媒体流路27を通過する熱媒体と外気との間で熱交換を行う。本給湯装置10は、熱媒体に代替フロンの一種であるHFC(ハイドロフルオロカーボン)を用いている。HFC以外の熱媒体(例えば、HFC以外の代替フロンや、二酸化炭素等)を用いることもできる。
循環復路31は、給湯熱交換器21の熱媒体流路36の出口部40と外気熱交換器20の熱媒体流路27の入口部34を接続している。減圧弁24が、循環復路31に介装されており、開度を調整することによって上流側と下流側の圧力差を変化させる。減圧弁24は、圧縮機23で加圧された熱媒体の圧力を解放する。第2センサ41と第3センサ42が、循環復路31に装着されている。第2センサ41は、給湯熱交換器21から流出した熱媒体の温度を検出する。第3センサ42は、外気熱交換器20に流入する熱媒体の温度を検出する。
第1流路50の一端51には、水道水が供給されている。第1流路50の他端53は、第2流路54の途中に接続されている。流量センサ45は、第1流路50に介装されており、第1流路50を流れる水の量を検出する。
第2流路54の一端52には、逃がし弁46が取り付けられている。第2流路54の他端55は、貯湯槽60(後述する)の下端部に接続されている。逃がし弁46は、第2流路54内の水圧が所定値以上になったときに開き、第2流路54内の圧力を外部に開放する。逃がし弁46が設けられていることによって、第2流路54に連通している貯湯槽60の内圧が過大になるのが防止されている。第4センサ61は、第2流路54を流れる水の温度を検出する。
貯湯槽60は縦長状であり、円形状の長手直角方向断面を持っている。貯湯槽60の容量は、50リットルである。第5センサ72は、貯湯槽60に装着されており、その内部の水の温度を検出する。
第3流路62は、第2流路54の途中の部位と、給湯熱交換器21の水流路38の入口部68とを接続している。ポンプ47と第1流量調整弁48が、第3流路62に介装されている。ポンプ47は、上流側(第1流量調整弁48側)の水を吸い込み、下流側(給湯熱交換器21側)に送り出す。第1流量調整弁48は、開度を変化させることによって、通過する水の量を調整する。
第5流路71は、貯湯槽60の上端部と、バーナー部15に設けられているバーナー熱交換器69(後述する)の一端63を接続している。第7センサ65は、第5流路71の途中の第4流路67が接続されている部位に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。
第6流路73は、バーナー部15のバーナー熱交換器69の他端64と、第2流路54の途中であって、第3流路62が接続されているのと同じ部位に連通している。第8センサ75は、バーナー熱交換器69の他端64近傍の第6流路73に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。第2流量調整弁76は、第6流路73に介装されており、その開度を変化させることによって、第6流路73を流れる水の量を調整する。
第7流路80は、第6流路73の、第8センサ75が装着されている部位と第2流量調整弁76が装着されている部位の間の位置82から分岐している。第7流路80の下流側は、給湯栓や風呂と連通している。第9センサ81は、第7流路80を流れる水の温度を検出する。
既に説明したように、バーナー熱交換器69の一端63は、第5流路71に接続されている。バーナー熱交換器69の他端64は、第6流路73に接続されている。バーナー78は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器69を流れる水を加熱する。バーナーファン79は、バーナー78に燃焼用の空気を送風する。
コントローラ16には、リモコン18が操作されたことによる操作信号と、流量センサ45、センサ37、41、42、61、65、66、72、75、81の検出値が入力される。コントローラ16は、それらの入力を、格納している制御プログラムで処理することによって、熱交換ファン22、圧縮機23、減圧弁24、流量調整弁48、76、バーナー78、バーナーファン79を制御する。
ヒートポンプ12の外気熱交換器20の熱媒体流路27には、循環復路31から液体状の熱媒体が流入する。熱媒体流路27を流れる熱媒体は、外気から吸熱することによって蒸発する。熱媒体(HFC)の蒸発温度は10℃である。よって、熱媒体流路27を流出する熱媒体の温度は10℃になる。熱交換ファン22が外気熱交換器20に外気を吹き付けているので、外気熱交換器20の熱交換効率が向上している。
外気熱交換器20の熱媒体流路27を流出した熱媒体は、循環往路30を流れるとともに、圧縮機23によって圧縮される。圧縮機23に圧縮された熱媒体は、ガス状のまま温度が高くなる。温度が高くなった熱媒体は、給湯熱交換器21の熱媒体流路36に流入する。詳しくは後述するが、給湯熱交換器20の水流路38には、熱媒体流路36を通過する熱媒体よりも低温の水が流れている。熱媒体流路36を通過する熱媒体は、水流路38を通過する水に冷却されて(熱交換を行って)、ガス状から液体状に変化する。水流路38を通過する水は、熱媒体流路36を通過する熱媒体に加熱されて温度が高くなる。
熱媒体流路36を流出した液体状の熱媒体は、循環復路31を流れる。循環復路31を流れる熱媒体は、減圧弁24を通過することによって膨張する(圧力が低くなる)。膨張した熱媒体は、温度が低下する。そして、熱媒体は、循環復路31から外気熱交換器20の熱媒体流路27に流入する。
コントローラ16は、センサ37、41、42が検出した熱媒体温度に基づいて、熱交換ファン22、圧縮機23、減圧弁24を制御することによって、センサ37、41、42が設けられている部位の熱媒体温度を、所望の値に調整する。
貯湯部14の第1流量調整弁48が開くとともにポンプ47が駆動されると、貯湯槽60の下部から第2流路54に水が吸い出される。第2流路54に吸い出された水は、第3流路62を通過して給湯熱交換器20の水流路38に流入する。水流路38を通過する水は、熱媒体流路36を流れている高温の熱媒体によって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した水は、第4流路67を流れ、第5流路71の一部を経由して貯湯槽60の上部に戻る。貯湯槽60から吸い出された水が給湯熱交換器20を通過することによって温度が上昇し、貯湯槽60に戻される循環が繰り返されることにより、貯湯槽60に高温水(湯)が貯湯される。
図2の最も左側の欄は、貯湯槽60内の水の循環回数を示している。例えば、最初に貯湯槽60の容積分の水が吸い出され、その全ての水が貯湯槽60に戻る途中を、1回目の循環と数える。
循環回数の右側の欄、およびさらに右側の欄は、それぞれ給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度を示している。給湯熱交熱媒体流出温度とは、給湯熱交換器21の熱媒体流路36から流出した熱媒体の温度、すなわち第2センサ41によって検出される熱媒体の温度である。外気熱交熱媒体流入温度とは、外気熱交換器20に流入する熱媒体の温度、すなわち第3センサ42によって検出される熱媒体の温度である。この熱媒体の温度は、外気よりも低い(10℃であるとする)。
図2に良く示すように、給湯熱交熱媒体流出温度は、貯湯槽60の水が1回循環する毎に、6℃高く変更される。例えば、循環回数の1回目では給湯熱交熱媒体流出温度は22.8℃であり、それが循環回数の2回目では28.8℃に変更される。給湯熱交熱媒体流出温度の変更は、圧縮機23の圧縮比を高くする(運転強さを強くする)とともに、減圧弁24の開度を調整することによって行われる。外気熱交熱媒体流入温度は、循環回数にかかわらず一定である。従って、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差は、循環回数が多くなる毎に6℃ずつ大きくなる。
圧縮機23の圧縮比を高くするタイミングは、循環毎に行わなくてもよい。貯湯中に、圧縮機の圧縮比を徐々に高くすることもできる。
例えば、循環回数の1回目の途中では、貯湯槽60に入れられていた加熱前の水が給湯熱交換器21に流入するので、給湯熱交水流入温度は15℃である。給湯熱交換器21に流入した水は、加熱されて温度が上昇するので、給湯熱交水流出温度は21℃になる。循環回数の1回目が終了すると、貯湯槽60内の水は、全て21℃になる。そして、循環回数の2回目では、その水が給湯熱交換器21に流入するので、給湯熱交水流入温度は21℃になる。
循環回数毎に、給湯熱交熱媒体流出温度が6℃ずつ高く変更されることによって、それ毎に給湯熱交水流出温度も6℃ずつ高くなる。例えば、循環回数の2回目では、給湯熱交水流出温度は27℃であり、それが循環回数の3回目では、それよりも6℃高い33℃になる。循環回数の5回目が終了すると、貯湯槽60内の水は全て45℃になる。
熱交換量(Qとする)は、次式で与えられる。
Q=c×W×Δt;
「c」は水の比熱であり、「c=4.19kJ/(kg・K)」である。
「W」は、給湯熱交換器21を通過する水の量である。貯湯槽60の容量は50リットルなので、「W=50kg」である。
「Δt」は、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差である。従って、「Δt=6℃」である。
次式から、熱交換量として「1257kJ」が求まる。
Q=4.19×50×6=1257kJ;
圧縮機消費電力の右側の欄には、ヒートポンプ12のCOP(ヒートポンプCOP)が示されている。ヒートポンプCOPは、熱交換量を圧縮機消費電力で除することによって求まる。例えば、循環回数の3回目では、圧縮機消費電力は「140.4kJ」である。熱交換量は「1257kJ」であるので、ヒートポンプCOPは次のようになる。
COP(3回目)=1257/140.4=8.95;
また、熱交換量のトータルは「6285kJ」であり、圧縮機消費電力のトータルは「712.8kJ」なので、トータルのヒートポンプCOPは、次のようになる。
COP(トータル)=6285/712.8=8.82;
これに対して、従来の給湯装置では、貯湯槽内の水の温度を上昇させる過程で、貯湯槽の水を1回以上循環させていない。貯湯槽の水を1回以上循環させていないのは、貯湯槽の上方に高温の温度成層を形成したいからである。従って、例えば、最終的に45℃の水を貯湯槽に貯える場合、45℃の温度成層が、貯湯槽内を徐々に降下してゆく。低温の温度成層の上に高温の温度成層を形成しておけば、貯湯槽内の水が全て高温になっていなくても、高温の温度成層を使って給湯することができる。しかしながら、その場合には、45℃の温度成層を作り出すために、貯湯開始時点から、圧縮機を、図2の循環回数の5回目で行っているように、高圧縮運転する必要がある。従って、ヒートポンプCOPが「5.72」であるという、低いエネルギー効率に甘んじなければならない。
(1)貯湯槽60に貯湯されている水(湯)の温度が給湯要求温度よりも高い場合。
図4に示すように、貯湯槽60には45℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は38℃であるとする。給湯要求温度は、使用者がリモコン18を操作することによって設定されている。
第1流路50には、水道の水圧が加わっている。このため、給湯栓が開けられたり、風呂に湯張りが行われたりすると、第7流路80から水が流出する。流出した水を補うために、給水部17の第1流路50に水が流入する。第1流路50を流れる水の流量は、流量センサ45によって検出される。第1流路50に流入した水は、第2流路54を流れるとともに、途中で第3流路62と第6流路73にも流入する。
第2流路54を流れ、第3流路62と第6流路73に流入しなかった分の水は、貯湯槽60に給水される。給水される水の温度は、第4センサ61によって検出される。第2流路54から貯湯槽60に給水されることによって、貯湯槽60の上部から45℃の水が第5流路71に送り出される。
貯湯槽60から送り出されて第5流路71を流れる45℃の水に、第4流路67を流れる38℃の水が混合する。従って、第5流路71を流れてバーナー部15のバーナー熱交換器69に流入する水の温度は、38℃〜45℃の間の値になる。バーナー78は動作していない。このため、バーナー熱交換器69から第6流路73に、38℃〜45℃の間の温度の水が流入する。以下、バーナー熱交換器69から第6流路73に流入する水を「バーナー流出水」と言う。
バーナー流出水は、第2流路54から第6流路73に流入した水(以下、「水道混合水」と言う)と合流し、給湯要求温度である38℃に調整される。その調整にあたっては、第8センサ75と第9センサ81の検出温度に基づいて、第2流量調整弁76の開度が変化する。38℃に調整された水は、第7流路80を流れ、給湯栓や風呂に給湯される。
本給湯装置10のように、ヒートポンプ12と貯湯槽60が並列的に接続されていると、ヒートポンプ12で加熱された水の温度と、貯湯槽60から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。このため、貯湯槽60から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
これに対して、本給湯装置10のように、ヒートポンプ12で加熱された水が貯湯槽60から送り出された水に合流すると、貯湯槽60に貯湯されている水の温度が、ヒートポンプ12で加熱された水の温度によって低下することがない。従って、給湯要求温度が42℃であっても、貯湯槽60から送り出される45℃の水に合流するヒートポンプ12で加熱された水の温度/流量や、バーナー78の下流で混合される水道水の温度/流量を調整することによって、それに対応することができる。
図5に示すように、貯湯槽60には、15℃の水、すなわち水道水と同温度の水が入れられているとする。このような状態は、貯湯槽60に貯湯されていた温水(湯)が全て消費されてしまうと発生する。給湯要求温度は、42℃であるとする。この場合には、第6流路73に介装されている第2流量調整弁76を全閉にする。このため、第1流路50から第2流路54に流入した水は、貯湯槽60に給水されるとともに、第3流路62にも流入する。第2流路54から貯湯槽60に給水されることによって、貯湯槽60から15℃の水が第5流路71に送り出される。ヒートポンプ12は、低圧縮運転(弱く運転)されている。第3流路62に流入した水は、給湯熱交換器21を通過することによって加熱されて温度が21℃になり、第4流路67に流入する。
なお、ヒートポンプ12は、高圧縮運転しても、それ自体のみでは給湯要求に応じることができない。上述したように、ヒートポンプ12は、貯湯槽60に45℃の水を貯湯する能力を有しているが、これは時間をかけて貯湯することによって可能になっている。従って、貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合には、バーナー部15を動作させる必要がある。
ヒートポンプ12は、低圧縮運転された状態では、高いヒートポンプCOPを実現できる。従って、バーナー78を燃焼させる場合であっても、バーナー78の燃焼のみを行うよりも、それに加えてヒートポンプ12を高いヒートポンプCOPで運転する方が、トータルとして給湯装置10のエネルギー効率を向上させることができる。
バーナー78がミニマム燃焼するとバーナー流出水の温度が給湯要求温度を超えてしまう事象は、貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも僅かに低い場合に発生する。「ミニマム燃焼」とは、バーナー78が最も弱く燃焼している状態を言う。
図6に示すように、貯湯槽60には、38℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は42℃であるとする。貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低いので、バーナー78を燃焼させなければならない。
第4流路67を通過した水は、第5流路71で貯湯槽60から送り出された38℃の水に合流する。従って、第5流路71を流れてバーナー部15のバーナー熱交換器69に流入する水の温度は、21℃〜38℃の間の値になる。ここでは、バーナー熱交換器69に流入する水の温度は、35℃であるとする。バーナー熱交換器69がバーナー78に加熱されることによって、バーナー流出水の温度は45℃になる。バーナー流出水は、水道混合水と混合する。水道混合水の量は、第2流量調整弁76によって調整されている。バーナー流出水と水量が調整された水道混合水が混合することによって、第7流路80から給湯栓等に42℃の給湯が行われる。
上述したように、ヒートポンプ12を低圧縮運転することによって、貯湯槽60から送り出された38℃の水に21℃の水を混合することができる。従って、水道水の温度である15℃の水を混合するよりも、バーナー部15に流入する水の温度が高くなる。このため、バーナー流出水の温度も高くなる。よって、給湯要求温度である42℃を維持するためには、水道混合水の水量をより多くしなければならない。よって、貯湯槽60から送り出される水の量を節約することができる。ヒートポンプ12をより高圧縮運転すると、ヒートポンプCOPは低下するが、貯湯槽60から送り出される水量を節約することができる。
本発明の給湯装置に係る他の一つの実施例について、図面を参照しながら説明する。
第1実施例の給湯装置10と同様の部位については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
第1流路50の一端51には、上水道から水道水が供給されている。第1流路50の他端53は、第2流路154の途中に接続されている。
第2流路154の一端152には、逃がし弁46が取り付けられている。第2流路154の他端は、第2バーナー熱交換器162(後述する)の一端158に接続されている。第8流路156は、第2バーナー熱交換器162の他端160と、貯湯槽60の下端部とを接続している。逃がし弁46は、第2流路154内の水圧が所定値以上になったときに開き、第2流路154内の圧力を外部に開放する。逃がし弁46が設けられていることによって、第2流路154に第2バーナー熱交換器162、第8流路156を経由して連通している貯湯槽60の内圧が過大になるのが防止されている。第4センサ61は、第8流路156を流れる水の温度を検出する。
第3流路62は、第2流路154の途中の部位と、給湯熱交換器21の水流路38の入口部68とを接続している。
第6流路73は、バーナー部115の第1バーナー熱交換器169の他端164と、第2流路154の途中であって、第3流路62が接続されているのと同じ部位に連通している。第8センサ75は、第1バーナー熱交換器169の他端164近傍の第6流路73に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。
バーナー78は、ガスを燃焼することによって、第1バーナー熱交換器169を流れる水を加熱する。バーナーファン79は、バーナー78に燃焼用の空気を送風する。
第2バーナー熱交換器162で水と熱交換した燃焼ガスは、第2バーナー熱交換器162の上方に設けられた第3バーナー熱交換器138へ導かれ、第3バーナー熱交換器138を流れる熱媒体と熱交換する。第3バーナー熱交換器138における熱交換によって、第3バーナー熱交換器138を流れる熱媒体は加熱され、燃焼ガスはさらに冷却される。
第3バーナー熱交換器138で熱媒体と熱交換した燃焼ガスは、給湯装置110の外部へ排出される。
ヒートポンプ112の外気熱交換器20の熱媒体流路27には、循環復路31から液体状の熱媒体が流入する。熱媒体流路27を流れる熱媒体は、外気から吸熱することによって蒸発する。熱媒体(HFC)の蒸発温度は10℃である。よって、熱媒体流路27を流出する熱媒体の温度は10℃になる。
外気熱交換器20の熱媒体流路27を流出した熱媒体は、第1循環往路130を経由して第3バーナー熱交換器138へ流入する。バーナー部115が動作している場合、すなわちバーナー78が燃焼し、バーナーファン79が駆動している場合には、バーナー78の燃焼ガスとの熱交換によって、第3バーナー熱交換器138を流れる熱媒体は加熱される。バーナー部115が動作していない場合、すなわちバーナー78が燃焼しておらず、バーナーファン79が駆動していない場合には、第3バーナー熱交換器138では熱交換が行われず、第3バーナー熱交換器138は単なる熱媒体の流路として機能する。第3バーナー熱交換器138を流出した熱媒体は、第2循環往路132を流れるとともに、圧縮機23によって圧縮される。圧縮機23で圧縮された熱媒体は、ガス状のままさらに温度が高くなる。さらに温度が高くなった熱媒体は、給湯熱交換器21の熱媒体流路36に流入する。給湯熱交換器20の水流路38には、熱媒体流路36を通過する熱媒体よりも低温の水が流れている。熱媒体流路36を通過する熱媒体は、水流路38を通過する水に冷却されて(熱交換を行って)、ガス状から液体状に変化する。水流路38を通過する水は、熱媒体流路36を通過する熱媒体に加熱されて温度が高くなる。
熱媒体流路36を流出した液体状の熱媒体は、循環復路31を流れる。循環復路31を流れる熱媒体は、減圧弁24を通過することによって膨張する(圧力が低くなる)。膨張した熱媒体は、温度が低下する。そして、熱媒体は、循環復路31から外気熱交換器20の熱媒体流路27に流入する。
コントローラ16は、センサ37、41、42が検出した熱媒体温度に基づいて、熱交換ファン22、圧縮機23、減圧弁24を制御することによって、センサ37、41、42が設けられている部位の熱媒体温度を、所望の値に調整する。
(1)貯湯槽60に貯湯されている水(湯)の温度が給湯要求温度よりも高い場合。
図8に示すように、貯湯槽60には45℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は38℃であるとする。
第1流路50には、水道の水圧が加わっている。このため、給湯栓が開けられたり、風呂に湯張りが行われたりすると、第7流路80から水が流出する。流出した水を補うために、給水部117の第1流路50に水が流入する。第1流路50を流れる水の流量は、流量センサ45によって検出される。第1流路50に流入した水は、第2流路154を流れるとともに、途中で第3流路62と第6流路73にも流入する。
第2流路154を流れ、第3流路62と第6流路73に流入しなかった分の水は、第2バーナー熱交換器162、第8流路156を経由して、貯湯槽60に給水される。ここでも、バーナー78は燃焼しておらず、バーナーファン79は駆動していないため、第2バーナー熱交換器162では熱交換が行われず、第2バーナー熱交換器162は単なる水の流路として機能する。貯湯槽60へ給水される水の温度は、第4センサ61によって検出される。第2流路154から第2バーナー熱交換器162、第8流路156を経て貯湯槽60に給水されることによって、貯湯槽60の上部から45℃の水が第5流路71に送り出される。
貯湯槽60から送り出されて第5流路71を流れる45℃の水に、第4流路67を流れる38℃の水が混合する。従って、第5流路71を流れてバーナー部115の第1バーナー熱交換器169に流入する水の温度は、38℃〜45℃の間の値になる。バーナー78は動作していない。このため、第1バーナー熱交換器169から第6流路73に、38℃〜45℃の間の温度の水が流入する。以下、第1バーナー熱交換器169から第6流路73に流入する水を「バーナー流出水」と言う。
バーナー流出水は、第2流路154から第6流路73に流入した水(以下、「水道混合水」と言う)と合流し、給湯要求温度である38℃に調整される。その調整にあたっては、第8センサ75と第9センサ81の検出温度に基づいて、第2流量調整弁76の開度が変化する。38℃に調整された水は、第7流路80を流れ、給湯栓や風呂に給湯される。
本給湯装置110のように、ヒートポンプ112と貯湯槽60が並列的に接続されていると、ヒートポンプ112で加熱された水の温度と、貯湯槽60から送り出される水の温度を独立してコントロールすることができる。このため、貯湯槽60から送り出される水の温度のコントロールが容易になる。
図9に示すように、貯湯槽60には、15℃の水、すなわち水道水と同温度の水が入れられているとする。このような状態は、貯湯槽60に貯湯されていた温水(湯)が全て消費されてしまうと発生する。給湯要求温度は、42℃であるとする。この場合には、第6流路73に介装されている第2流量調整弁76を全閉にする。このため、第1流路50から第2流路154に流入した水は、第2バーナー熱交換器162に流入するとともに、第3流路62にも流入する。
貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合には、給湯要求温度の水を給湯するために、バーナー部115を動作させる必要がある。従って、バーナー78が燃焼し、バーナーファン79が駆動される。第2バーナー熱交換器162に流入した水は、バーナー78の燃焼ガスによって加熱される。本実施例では、一例として、第2バーナー熱交換器162での加熱によって水は17℃まで加熱されるものとする。第2バーナー熱交換器162で加熱された水は、第8流路156を経由して、貯湯槽60の下部に供給される。第8流路156から貯湯槽60に給水されることによって、貯湯槽60の上部から15℃の水が第5流路71に送り出される。ヒートポンプ112は、低圧縮運転(弱く運転)されている。第3流路62に流入した水は、給湯熱交換器21を通過することによって加熱されて温度が21℃になり、第4流路67に流入する。
図10に示すように、貯湯槽60には、38℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は42℃であるとする。貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低いので、バーナー78を燃焼させなければならない。
第4流路67を通過した水は、第5流路71で貯湯槽60から送り出された38℃の水に合流する。従って、第5流路71を流れてバーナー部115の第1バーナー熱交換器169に流入する水の温度は、21℃〜38℃の間の値になる。ここでは、第1バーナー熱交換器169に流入する水の温度は、35℃であるとする。第1バーナー熱交換器169がバーナー78に加熱されることによって、バーナー流出水の温度は45℃になる。バーナー流出水は、水道混合水と混合する。水道混合水の量は、第2流量調整弁76によって調整されている。バーナー流出水と水量が調整された水道混合水が混合することによって、第7流路80から給湯栓等に42℃の給湯が行われる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:ヒートポンプ
14:貯湯部
15:バーナー部
16:コントローラ
17:給水部
18:リモコン
20:外気熱交換器
21:給湯熱交換器
22:熱交換ファン
23:圧縮機
24:減圧弁
25:電動モータ
26:ファン
27:熱媒体流路
30:循環往路
31:循環復路
32:出口部
33、34:入口部
36:熱媒体流路
37:第1センサ
38:水流路
40:出口部
41:第2センサ
42:第3センサ
45:流量センサ
46:逃がし弁
47:ポンプ
48:第1流量調整弁
50:第1流路
51、52:一端
53:他端
54:第2流路
55:他端
60:貯湯槽
61:第4センサ
62:第3流路
63:一端
64:他端
65:第7センサ
66:第6センサ
67:第4流路
68:入口部
69:バーナー熱交換器
70:出口部
71:第5流路
72:第5センサ
73:第6流路
75:第8センサ
76:第2流量調整弁
78:バーナー
79:バーナーファン
80:第7流路
81:第9センサ
110:給湯装置
112:ヒートポンプ
114:貯湯部
115:バーナー部
117:給水部
130:第1循環往路
132:第2循環往路
134:第3バーナー熱交換器138の一端
136:第3バーナー熱交換器138の他端
138:第3バーナー熱交換器
152:第2流路154の一端
154:第2流路
156:第8流路
158:第2バーナー熱交換器162の一端
160:第2バーナー熱交換器162の他端
162:第2バーナー熱交換器
163:第1バーナー熱交換器169の一端
164:第1バーナー熱交換器169の他端
169:第1バーナー熱交換器
Claims (5)
- 熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第1熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第2熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させるヒートポンプと、
貯湯槽と、
貯湯槽の下部から第2熱交換器に送水するとともに、第2熱交換器で加熱された水を貯湯槽に戻す水循環ポンプと、
通過する水を必要時に加熱するバーナーを備えており、
第2熱交換器で加熱された水が流れる流路が、貯湯槽の上部から送り出された水をバーナーに送る流路の途中に合流していることを特徴とする給湯装置。 - 第2熱交換器から送り出される水が、貯湯槽の上部から送り出される水よりも低温である関係を満足するように、ヒートポンプを運転することを特徴とする請求項1の給湯装置。
- 前記ヒートポンプが、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第1熱交換器と、熱媒体とバーナーの燃焼ガスの間で熱交換する第3熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第2熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させることを特徴とする請求項1の給湯装置。
- 貯湯槽に給水される水の流路が、給水源から水とバーナーの燃焼ガスの間で熱交換する第4熱交換器を経由して貯湯槽の下部に接続していることを特徴とする請求項3の給湯装置。
- バーナーの燃焼ガスが、第4熱交換器、第3熱交換器を順に経由することを特徴とする請求項4の給湯装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006012878A JP4246742B2 (ja) | 2005-04-25 | 2006-01-20 | 給湯装置 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005126068 | 2005-04-25 | ||
JP2006012878A JP4246742B2 (ja) | 2005-04-25 | 2006-01-20 | 給湯装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006329609A true JP2006329609A (ja) | 2006-12-07 |
JP4246742B2 JP4246742B2 (ja) | 2009-04-02 |
Family
ID=37551469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006012878A Expired - Fee Related JP4246742B2 (ja) | 2005-04-25 | 2006-01-20 | 給湯装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4246742B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008146490A1 (ja) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Corporation | コージェネレーションシステム |
JP2013224792A (ja) * | 2012-04-20 | 2013-10-31 | Rinnai Corp | 貯湯式給湯システム |
KR101373962B1 (ko) | 2012-05-21 | 2014-03-12 | (주)귀뚜라미 | 보일러와 히트펌프를 연계한 하이브리드 시스템 |
-
2006
- 2006-01-20 JP JP2006012878A patent/JP4246742B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008146490A1 (ja) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Corporation | コージェネレーションシステム |
CN101680680B (zh) * | 2007-05-28 | 2012-07-04 | 松下电器产业株式会社 | 热电联供系统 |
US8280237B2 (en) | 2007-05-28 | 2012-10-02 | Panasonic Corporation | Cogeneration system using surplus electrical current |
JP2013224792A (ja) * | 2012-04-20 | 2013-10-31 | Rinnai Corp | 貯湯式給湯システム |
KR101373962B1 (ko) | 2012-05-21 | 2014-03-12 | (주)귀뚜라미 | 보일러와 히트펌프를 연계한 하이브리드 시스템 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4246742B2 (ja) | 2009-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5097624B2 (ja) | 温水供給システム | |
JP4295241B2 (ja) | 給湯装置 | |
JP2006266587A (ja) | ヒートポンプ式暖房装置 | |
JP2010133641A (ja) | 給湯機 | |
JP5958411B2 (ja) | ヒートポンプシステム及びその制御装置 | |
JP2006266665A (ja) | ヒートポンプ式暖房装置 | |
JP4261524B2 (ja) | 貯湯装置 | |
JP4246742B2 (ja) | 給湯装置 | |
JP4267601B2 (ja) | 給湯装置 | |
JP2006200888A (ja) | ヒートポンプ給湯装置 | |
JP4203048B2 (ja) | 給湯装置 | |
JP6390903B2 (ja) | 貯湯給湯システム | |
JP2005315480A (ja) | ヒートポンプ式給湯機 | |
JP4753791B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯機 | |
KR20110097430A (ko) | 보일러 시스템 | |
JP5667856B2 (ja) | 給湯機 | |
JP4790538B2 (ja) | 貯湯式給湯暖房装置 | |
JP4226533B2 (ja) | 貯湯式給湯装置 | |
JP2005121284A (ja) | ヒートポンプ給湯装置 | |
JP2017072345A (ja) | 暖房装置 | |
JP6743519B2 (ja) | 給湯システム | |
JP2010054108A (ja) | ヒートポンプ式給湯機 | |
JP2006275343A (ja) | 給湯暖房機 | |
JP2017032149A (ja) | 温水暖房装置 | |
JP4354389B2 (ja) | 貯湯式給湯装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070704 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080908 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080916 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081112 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090106 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140116 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |