JP2006343012A - 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。
【解決手段】貯湯タンク１、沸き上げポンプ７、三方弁２１、減圧弁２３と湯水混合弁２４との間の配管途中に設けたサブタンク２２及び水冷媒熱交換器１７を配管接続した沸き上げ回路Ｄを備え、三方弁２１と水冷媒熱交換器間１７の沸き上げ回路Ｄの配管の一部をサブタンク２２内に配置し、サブタンク２２内の水と熱交換する構成とした。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、サブタンク２２により中温水を低温水にした後に、水冷媒熱交換器１７へ送られるためヒートポンプ効率を向上させることができる。また、サブタンク２２で放熱された熱量も給湯用に有効活用される。
【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、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、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、上記従来の構成では、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−トポンプ加熱運転の特性として、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、上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、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た冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、三方弁、減圧弁と湯水混合弁との間の配管途中に設けたサブタンク及び前記水冷媒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を備え、前記沸き上げ回路の熱をサブタンク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、サブタンクにより中温水を低温水にした後に、水冷媒熱交換器へ送られるため、常に高効率なヒートポンプ加熱運転が可能となる。また、サブタンクで中温水からサブタンク内の水へ放熱された熱量は、給湯用の熱量として使用されるため、放熱熱量も有効活用することができる。

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た冷媒回路と、貯湯タンク、沸き上げポンプ、三方弁、減圧弁と湯水混合弁との間の配管途中に設けたサブタンク及び前記水冷媒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を備え、前記沸き上げ回路の熱を前記サブタンク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、サブタンクにより中温水を低温水にした後に、水冷媒熱交換器へ送られるため、常に高効率なヒートポンプ加熱運転が可能となる。また、サブタンクで中温水からサブタンク内の水へ放熱された熱量は、給湯用の熱量として使用されるため、放熱熱量も有効活用することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、三方弁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サブタンク側に切替えることにより、高効率のヒートポンプ加熱運転が可能である。

第３の発明は、特に、第２の発明において、三方弁と水冷媒熱交換器間の沸き上げ回路の配管の一部をサブタンク内に配置し、サブタンク内の水と熱交換する構成としたので、高効率のヒートポンプ加熱運転が可能である。

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、風呂追い焚きまたは暖房運転を行うことにより、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１において、貯湯タンク１から浴槽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、貯湯タンク１、ヒートポンプ往き口２、沸き上げポンプ７、三方弁２１、サブタンク２２、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である。サブタンク２２は、サブタンク２２内を通過する湯水が放熱する熱を一時的に蓄熱できるものであり、サブタンク２２内部には例えば蓄熱素材として利用できる酢酸ソーダ混合物や硫酸ナトリウム系のパラフィンなどである。また、三方弁２１は、サブタンク２２を経由せずに迂回する第１分岐配管２５とサブタンク２２を経由する第２分岐配管２６を切換えることができ、ヒートポンプ往き口２から流れる水は、第１分岐配管２５または第２分岐配管２６を経由して水冷媒熱交換器１７へ到達する。

また、タンク循環回路Ａ上にはタンク循環ポンプ１３があり、負荷側循環水を循環させている。さらに、風呂循環回路Ｂ上には負荷側循環ポンプ１４を配管接続している。

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内の下部にある湯水の温度が所定温度より低温である場合、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で三方弁２１を第１分岐配管２５へ切換え、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、三方弁２１を切替える必要はない。

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。また、風呂循環回路Ｂ側において、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内の下部にある湯水の温度が所定温度より高温である場合、貯湯タンク１内に大量の中温水（凡そ３５度から６０度までの湯水）が貯湯されていると考えられるので、沸き上げ時には、三方弁２１を第２分岐配管２６側へ切替えて、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でサブタンク２２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の上部から徐々に貯湯タンク１全体を高温水にする。この場合、中温水を一旦サブタンク２２を通過させることにより、サブタンク２２には熱量が蓄熱される。

そして、カラン等から給湯が行われる際には、減圧弁２３、サブタンク２２を経由することにより蓄熱された熱が放熱されて温められた水道水と、貯湯タンク１上部からの湯水を混合するので、サブタンク２２内で中温水から水へ放熱された熱量は、給湯用の熱量として利用できるため、放熱ロスとはならない。

以上のように、本実施の形態においては、貯湯タンク１、沸き上げポンプ７、三方弁２１、減圧弁２３と湯水混合弁２４との間の配管途中に設けたサブタンク２２及び水冷媒熱交換器１７を配管接続した沸き上げ回路Ｄを備え、三方弁２１と水冷媒熱交換器間１７の沸き上げ回路Ｄの配管の一部をサブタンク２２内に配置し、サブタンク２２内の水と熱交換する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、サブタンク２２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。

また、図１では貯湯タンク１が一つ設けられている場合について述べたが、２つ以上貯湯タンクを備えたヒートポンプ給湯機についても本発明を適用することができる。

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 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
２０ 送風ファン
２１ 三方弁
２２ サブタンク
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

Claims (5)

1. 圧縮機、水冷媒熱交換器を配管接続した冷媒回路と、貯湯タンク、三方弁及び前記水冷媒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を配管接続したタンク循環回路と、前記貯湯タンクの湯水と水道水とを混合する混合弁とを備え、前記混合弁への水道水はサブタンクを介して供給され、前記サブタンクは前記沸き上げ回路上の水冷媒熱交換器上流側に設けるヒートポンプ給湯機。
2. サブタンクの上流側に前記サブタンクを経由する流路と迂回する流路を切換える三方弁を設け、前記三方弁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前記サブタンクを経由する流路に切替える請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 三方弁と水冷媒熱交換器間の沸き上げ回路の配管の一部をサブタンク内に配置し、サブタンク内の水と熱交換する構成とした請求項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。

Images