JP2007032994A - ヒートポンプ式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】
ヒートポンプ給湯システムでは、一定期間以上出湯しない場合や、出湯量が少ない場合には、貯湯用タンクに貯められた湯は長期間にわたり滞留するため、貯湯用タンクを構成する金属材料が腐食する、あるいは、貯湯用タンクに使用されている材料から特定の成分が溶出することにより貯湯水の水質が悪化する課題がある。
【解決手段】
一定期間ごとに貯湯用タンク内の水を入れ替える運転制御機能を有する、特に、浴槽への給湯運転時に貯湯タンク内の水を優先的に供給することにより、貯湯水が滞留することによる水質悪化を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯システムに係り、特に給湯回路構成材料の腐食を防止するものに関する。

ヒートポンプ給湯システムとしては、従来から図３に示すヒートポンプ給湯システムが知られている。ヒートポンプ給湯システムは、圧縮機１，膨張弁２，大気とヒートポンプ冷媒回路５の冷媒が熱交換する大気熱交換器３、この大気熱交換器３と大気の送風手段からなる室外ユニット４からなるヒートポンプ冷媒回路５と貯湯用タンク６，貯湯用タンク６へ水を給水する給水配管７，貯湯用タンク６に貯められた給湯水を出湯する出湯配管８，給湯水を搬送する水ポンプ９からなる給湯回路１０からなり、給湯熱交換器１１により給湯回路１０とヒートポンプ冷媒回路５の冷媒が熱交換する。さらに、給湯水の温度を検知する温度センサー１２と外気温度を検知する温度センサー１５を具備し、これらの温度センサー１２，１５で検出された温度に基づいて、運転制御手段１６により、圧縮機１，水ポンプ９，室外ユニット４等の動作を制御する。上記構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、貯湯用タンク６の給湯水を冷媒で加熱するときは、以下のような運転を行う。まず、室外ユニット４の送風手段を駆動して、大気を大気熱交換器３へ搬送する。そして、圧縮機１を駆動させてヒートポンプ冷媒回路５中の冷媒を、圧縮機１，給湯熱交換器１１，膨張弁２，大気熱交換器３，圧縮機１の順に搬送する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯熱交換器１１で給湯水と熱交換して保有するエネルギーを給湯水へ放熱する。その後、膨張弁２で減圧されて低温低圧となった冷媒は、大気熱交換器３で大気熱を吸熱し、圧縮機１に吸入される。給湯熱交換器１１で冷媒のエネルギーを受熱して高温に沸き上げられた給湯水は、給湯回路１０より貯湯用タンク６に戻され、貯湯用タンク６から温水を出湯配管へ配水する。ここで、給湯熱交換器１１で加熱する給湯水の温度は、所定の温度、或いは使用者の給湯負荷等に応じて決定される。

特開昭６０−２２１６６１号公報

しかし、上記構成のヒートポンプ給湯システムでは、システムが稼動せずに一定期間以上出湯しない場合や、出湯量が少ない場合には、貯湯用タンク６に貯められた湯は長期間にわたり滞留するため、貯湯用タンク６を構成する金属材料が腐食する、あるいは、貯湯用タンク６に使用されている材料から特定の成分が溶出することにより貯湯水の水質が悪化する問題点がある。

本発明の目的は貯湯用タンクの金属材料の腐食を防止し、あるいは貯湯水水質の悪化を抑制するヒートポンプ式給湯システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクとを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、運転制御手段は一定期間毎に貯湯用タンク内の水を入れ替える運転制御機能を有することを特徴とするものである。

また、本発明はヒートポンプ式給湯システムにおいて、運転制御手段は少なくとも１日に一回貯湯用タンク内の水を入れ替える運転制御機能を有することを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するために、本発明は圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクとを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、運転制御手段は給湯運転時に貯湯用タンク内の水を優先的に供給する運転制御機能を有することを特徴とするものである。

また、本発明はヒートポンプ式給湯システムにおいて、運転制御手段は浴槽への給湯運転時に貯湯用タンク内の水を優先的に供給する運転制御機能を有することを特徴とするものである。

更に、上記課題を解決するために、本発明は圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクとを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、運転制御手段は一定期間ごとに貯湯用タンク内の水を排水する運転制御機能を有することを特徴とするものである。

更に、上記課題を解決するために、本発明は圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、貯湯用タンク内の水を排出するポンプと、貯湯用タンク内への水の導入を制御する弁，貯湯用タンク内への空気導入口，タンク内への空気導入制御弁，貯湯用タンク内の水位を監視する水位監視計を有することを特徴とするものである。

また、本発明はヒートポンプ式給湯システムにおいて、貯湯用タンク内の水を排出する排出口，タンク内の水を排出するための排出制御弁を有することを特徴とするものである。

また、本発明はヒートポンプ式給湯システムにおいて、運転制御手段は貯湯用タンクに設置された水位監視計に監視結果に基づき、貯湯用タンク内の水の供給に関する運転制御機能を有することを特徴とするものである。

更に、上記課題を解決するために、本発明は圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、貯湯用タンク内の水を排出するポンプと、貯湯用タンク内への水の導入を制御する弁，貯湯用タンク内への空気導入口，タンク内への空気導入制御弁，貯湯用タンク内の温度を監視する温度センサーを有することを特徴とするものである。

また、本発明はヒートポンプ式給湯システムにおいて、貯湯用タンク内の水を排出する排出口、貯湯用タンク内の水を排出するための排出制御弁を有することを特徴とするものである。

また、本発明はヒートポンプ式給湯システムにおいて、運転制御手段は貯湯用タンク内温度の監視結果に基づき、貯湯用タンク内の水の供給に関する運転制御機能を有することを特徴とするものである。

本発明のヒートポンプ式給湯システムでは、一定期間ごと自動的に貯湯用タンク内の水を入れ替えることが出来るため、貯湯用タンクの金属材料の腐食を防止し、あるいは貯湯水の水質悪化を抑制できる利点がある。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例であるヒートポンプ給湯システムの構成図である。本実施例のヒートポンプ給湯システムは、圧縮機１，膨張弁２，大気とヒートポンプ冷媒回路５の冷媒が熱交換する大気熱交換器３、この大気熱交換器３と大気の送風手段からなる室外ユニット４からなるヒートポンプ冷媒回路５と貯湯用タンク６，貯湯用タンク６や給湯熱交換器１１へ水を給水する給水配管７，貯湯用タンク６に貯められた給湯水あるいは、給湯熱交換器１１で加熱された給湯水を出湯する出湯配管８からなり、給湯熱交換器１１により給湯回路１０とヒートポンプ冷媒回路５の冷媒が熱交換する。さらに、給湯回路の温度を検知する温度センサー１２，出湯配管の温度を検知する温度センサー１３と外気温度を検知する温度センサー１５を具備し、これらの温度センサー１２，１３，１５で検出された温度に基づいて、運転制御手段１６により、圧縮機１，室外ユニット４等の動作を制御すると共に、混合弁１７で給湯回路１０からの温水と貯湯用タンク６の温水を混合して出湯配管８へ配水し、出湯口８ａから浴槽等に代表される水使用端末へ温水を供給する。ここで、バイパス比例弁１８は給水を出湯する温水に混合するために通過させる弁であり、水比例弁１９は必要に応じて出湯配管８の温水と給水口７ａからの水とが混合され、温度が適切になった温水の出湯量を調節する弁である。

上記構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、給水を冷媒で加熱し、温水を出湯する場合は以下のような運転を行う。まず、室外ユニット４の送風手段を駆動して、大気を大気熱交換器３へ搬送する。そして、圧縮機１を駆動させてヒートポンプ冷媒回路５中の冷媒を、圧縮機１，給湯熱交換器１１，膨張弁２，大気熱交換器３，圧縮機１の順に搬送する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯熱交換器１１で給湯水と熱交換して保有するエネルギーを給湯水へ放熱する。その後、膨張弁２で減圧されて低温低圧となった冷媒は、大気熱交換器３で大気熱を吸熱し、圧縮機１に吸入される。給湯熱交換器１１で冷媒のエネルギーを受熱して高温に沸き上げられた給湯水は、給湯回路１０から出湯配管へ配水され、浴槽等に代表される水使用端末へ温水を供給する。一方、貯湯用タンク６に温水を貯湯する場合は、水ポンプ９を用いて、貯湯用タンク６と給湯熱交換器の間に水を循環させて所定の温度の温水を貯湯用タンクに貯湯する。しかし、給湯開始時のヒートポンプサイクルが立ち上がり過渡状態にあり、温度センサー１２で計測される給湯回路１０の温水が所定の温度に達していない場合は、混合弁１７を介して貯湯用タンク内の温水を出湯配管８に供給し、所定の温度の温水を供給する。

次に、運転制御手段１６を用いて、貯湯タンク内の温水を優先的に出湯し、貯湯タンク内の水を入れ替える手順を以下に示す。
（ステップ１）給水制御弁２０を閉じて貯湯用タンクへの給水を遮断すると同時に、混合 弁１７から貯湯タンクへの給湯水の給水遮断動作を実行する。
（ステップ２）水ポンプ９を運転し、貯湯用タンク６内の水を給湯熱交換器１１で再度加 熱して出湯配管へ供給する。
（ステップ３）貯湯用タンク内の圧力が大気圧より減少するのを防ぐため、(ステップ２) の実行と同時にエアベント弁２１を開き、吸排気口２１ａから大気を貯湯タンク内へ 供給する。
（ステップ４）水位監視計２４で貯湯用タンク６内の水位を監視し、所定の水位以下に達 した時点で、水ポンプ９を停止すると同時に給水制御弁２０を開き、貯湯用タンクに 水を導入し、貯湯用タンク内の水を入れ替える。

以上の貯湯水入れ替え運転を１日に１回以上実施することにより、貯湯用タンク内の水は少なくとも１日に１回以上入れ替えることが出来る。更にこの入れ替え運転を行うタイミングとしてこの貯湯水入れ替え運転を浴槽への湯張り運転に同期させて実施することにより、貯湯用タンク内の水を確実に入れ替えることができる。また、貯湯水入れ替え運転の頻度は、貯湯水水質悪化の状態により変更するように設定することも可能である。

上記実施例に示す運転制御を実施することにより、貯湯水が滞留することによる水質悪化、又は、貯湯用タンクの金属材料の腐食を抑制できる運転制御方法を提供できる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

図２は、本発明の他の実施例であるヒートポンプ給湯システムの構成図である。本実施例のヒートポンプ給湯システムは、圧縮機１，膨張弁２，大気とヒートポンプ冷媒回路５の冷媒が熱交換する大気熱交換器３、この大気熱交換器３と大気の送風手段からなる室外ユニット４からなるヒートポンプ冷媒回路５と貯湯用タンク６，貯湯用タンク６や給湯熱交換器１１へ水を給水する給水配管７，貯湯用タンク６に貯められた給湯水あるいは、給湯熱交換器１１で加熱された給湯水を出湯する出湯配管８からなり、給湯熱交換器１１により給湯回路１０とヒートポンプ冷媒回路５の冷媒が熱交換する。さらに、給湯回路の温度を検知する温度センサー１２，出湯配管の温度を検知する温度センサー１３，貯湯用タンク内の水温を検知する温度センサー１４と外気温度を検知する温度センサー１５を具備し、これらの温度センサー１２，１３，１４，１５で検出された温度に基づいて、運転制御手段１６により、圧縮機１，室外ユニット４等の動作を制御すると共に、混合弁１７で給湯回路１０からの温水と貯湯用タンク６の温水を混合して出湯配管８へ配水し、出湯口８ａから浴槽等に代表される水使用端末へ温水を供給する。ここで、バイパス比例弁１８は給水を出湯する温水に混合するために通過させる弁であり、水比例弁１９は必要に応じて出湯配管８の温水と給水口７ａからの水とが混合され、温度が適切になった温水の出湯量を調節する弁である。

上記構成において、大気熱をヒートポンプサイクルの熱源として、給水を冷媒で加熱し、温水を出湯する場合は以下のような運転を行う。まず、室外ユニット４の送風手段を駆動して、大気を大気熱交換器３へ搬送する。そして、圧縮機１を駆動させてヒートポンプ冷媒回路５中の冷媒を、圧縮機１，給湯熱交換器１１，膨張弁２，大気熱交換器３，圧縮機１の順に搬送する。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯熱交換器１１で給湯水と熱交換して保有するエネルギーを給湯水へ放熱する。その後、膨張弁２で減圧されて低温低圧となった冷媒は、大気熱交換器３で大気熱を吸熱し、圧縮機１に吸入される。給湯熱交換器１１で冷媒のエネルギーを受熱して高温に沸き上げられた給湯水は、給湯回路１０から出湯配管へ配水され、浴槽等に代表される水使用端末へ温水を供給する。一方、貯湯用タンク６に温水を貯湯する場合は、水ポンプ９を用いて、貯湯用タンク６と給湯熱交換器の間に水を循環させて所定の温度の温水を貯湯用タンクに貯湯する。しかし、給湯開始時のヒートポンプサイクルが立ち上がり過渡状態にあり、温度センサー１２で計測される給湯回路１０の温水が所定の温度に達していない場合は、混合弁１７を介して貯湯用タンク内の温水を出湯配管８に供給し、所定の温度の温水を供給する。

次に、運転制御手段１６を用いて、貯湯タンク内の温水を優先的に出湯し、貯湯タンク内の水を入れ替える手順を以下に示す。
（ステップ１）混合弁１７により、給湯熱交換器１１で沸き上がられた温水と貯湯用タン ク６内の温水を混合して出湯配管８に供給する運転を実行する。
（ステップ２）貯湯用タンク６内の温度を温度センサー１４で監視し、所定の温度以下に 達した時点で、混合弁１７により、給湯熱交換器１１で沸き上がられた温水のみを出 湯配管へ供給する運転制御を実行する。ここで、貯湯用タンク内の温度センサー１４ は、出湯温度の制御を容易にするため、混合弁１７に近い位置に設置することが望ま しい。

以上の貯湯水入れ替え運転を１日に１回以上実施することにより、貯湯用タンク内の水は少なくとも１日に１回以上入れ替えることが出来る。更にこの入れ替え運転を行うタイミングとしてこの貯湯水入れ替え運転を浴槽への湯張り運転に同期させて実施することにより、貯湯用タンク内の水を確実に入れ替えることができる。また、貯湯水入れ替え運転の頻度は、貯湯水水質悪化の状態により変更するように設定することも可能である。さらに、ここで示した運転制御方法は、図１に示したヒートポンプ給湯システムの構成において、給水制御弁２０が開かれた状態においても実施することが可能である。

上記実施例に示す運転制御を実施することにより、貯湯水が滞留することによる水質悪化、又は貯湯用タンクの金属材料の腐食を抑制できる運転制御方法を提供できる。

更に、本発明の他の実施例を説明する。

図１に示したヒートポンプ給湯システムの構成における他の実施例を示す。運転制御手段１６を用いて、貯湯タンク内の温水を排水し、貯湯タンク内の水を入れ替える手順を以下に示す。
（ステップ１）給水制御弁２０を閉じて貯湯用タンクへの給水を遮断すると同時に、混合 弁１７から貯湯タンクへの給湯水の給水遮断動作を実行する。
（ステップ２）排水制御弁２２を開き、貯湯用タンク６内の水を排水口２２ａから排出す る。
（ステップ３）貯湯用タンク内の圧力が大気圧より減少するのを防ぐため、(ステップ２) の実行と同時にエアベント弁２１を開き、吸排気口２１ａから大気を貯湯タンク内へ 供給する。
（ステップ４）水位監視計２４で貯湯用タンク６内の水位を監視し、所定の水位以下に達 した時点で、排水制御弁２２を閉じると同時に給水制御弁２０を開き、貯湯用タンク に水を導入し、貯湯用タンク内の水を入れ替える。

以上の貯湯水排水運転を１日に１回以上実施することで、貯湯用タンク内の水は少なくとも１日に１回以上入れ替えることが出来る。ここで、貯湯水の排水運転の頻度は、貯湯水水質悪化の状態により変更するように設定することも可能である。

上記実施例に示す運転制御を実施することにより、貯湯水が滞留することによる水質悪化、又は貯湯用タンクの金属材料の腐食を抑制できる運転制御方法を提供できる。

更に、本発明の他の実施例を説明する。

図２に示したヒートポンプ給湯システムの構成における他の実施例を示す。運転制御手段１６を用いて、貯湯タンク内の温水を排水し、貯湯タンク内の水を入れ替える手順を以下に示す。
（ステップ１）混合弁１７により、貯湯用タンク６内の温水の出湯配管８への供給を遮断 する運転を実行すると同時に、逃がし弁２３を開き、貯湯用タンク内の水を排水口
２２ａから排出する。
（ステップ２）貯湯用タンク６内の温度を温度センサー１４で監視し、所定の温度以下に 達した時点で、逃がし弁２３を閉じて排水を停止すると同時に、水ポンプ９と混合弁 １７を動作させて、貯湯用タンク内への貯湯運転を実施する。

以上の貯湯水排水運転を１日に１回以上実施することにより、貯湯用タンク内の水は少なくとも１日に１回以上入れ替えることが出来る。ここで、貯湯水排水運転の頻度は、貯湯水水質悪化の状態により変更することも可能である。さらに、ここで示した運転制御方法は、図１に示したヒートポンプ給湯システムの構成において、給水制御弁２０が開かれた状態の構成においても実施することが可能である。

上記実施例に示す運転制御を実施することにより、貯湯水が滞留することによる水質悪化、又は貯湯用タンクの金属材料の腐食を抑制できる運転制御方法を提供できる。

本発明によれば、貯湯タンク内の水を定期的に入れ替えることにより、貯湯タンク内の水質の悪化を抑制することが可能なため、電気温水器など加熱方式が異なっても、貯湯用タンクを具備する給湯システムであれば適用可能である。

ヒートポンプ給湯システムの実施例を示した構成図である。 ヒートポンプ給湯システムの実施例を示した構成図である。 従来型ヒートポンプ給湯システムの構成図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…膨張弁、３…大気熱交換器、４…室外ユニット、５…ヒートポンプ冷媒回路、６…貯湯用タンク、７…給水配管、７ａ…給水口、８…出湯配管、８ａ…出湯口、９…水ポンプ、１０…給湯回路、１１…給湯熱交換器、１２〜１５…温度センサー、
１６…運転制御手段、１７…混合弁、１８…バイパス比例弁、１９…水比例弁、２０…給水制御弁、２１…エアベント弁、２１ａ…吸排気口、２２…排水制御弁、２２ａ…排水口、２３…逃がし弁、２４…水位監視計。

Claims (11)

1. 圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクとを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、
   前記運転制御手段は一定期間毎に前記貯湯用タンク内の水を入れ替える運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
2. 請求項１記載のヒートポンプ式給湯システムにおいて、
   前記運転制御手段は少なくとも１日に一回前記貯湯用タンク内の水を入れ替える運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
3. 圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクとを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、
   前記運転制御手段は給湯運転時に前記貯湯用タンク内の水を優先的に供給する運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
4. 請求項３記載のヒートポンプ式給湯システムにおいて、
   前記運転制御手段は浴槽への給湯運転時に前記貯湯用タンク内の水を優先的に供給する運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
5. 圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクとを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、
   前記運転制御手段は一定期間ごとに前記貯湯用タンク内の水を排水する運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
6. 圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、
   前記貯湯用タンク内の水を排出するポンプと、前記貯湯用タンク内への水の導入を制御する弁，前記貯湯用タンク内への空気導入口，タンク内への空気導入制御弁，前記貯湯用タンク内の水位を監視する水位監視計を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
7. 請求項６記載のヒートポンプ式給湯システムにおいて、
   前記貯湯用タンク内の水を排出する排出口、タンク内の水を排出するための排出制御弁を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
8. 請求項６、あるいは７記載のヒートポンプ式給湯システムにおいて、
   前記運転制御手段は前記貯湯用タンクに設置された水位監視計に監視結果に基づき、貯湯用タンク内の水の供給に関する運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
9. 圧縮機，給湯熱交換器，大気熱交換器とを冷媒配管で接続したヒートポンプ冷媒回路と、給水部，給湯熱交換器，貯湯用タンクを水配管で接続した給湯回路と、運転制御手段を備えたヒートポンプ式給湯機において、
   前記貯湯用タンク内の水を排出するポンプと、前記貯湯用タンク内への水の導入を制御する弁，前記貯湯用タンク内への空気導入口，タンク内への空気導入制御弁，前記貯湯用タンク内の温度を監視する温度センサーを有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
10. 請求項９記載のヒートポンプ式給湯システムにおいて、
    前記貯湯用タンク内の水を排出する排出口，前記貯湯用タンク内の水を排出するための排出制御弁を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
11. 請求項９、あるいは１０記載のヒートポンプ式給湯システムにおいて、
    前記運転制手段は前記貯湯用タンク内温度の監視結果に基づき、前記貯湯用タンク内の水の供給に関する運転制御機能を有することを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
    

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