JP2007107750A - Heat pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクルとタンク回路を一つの筐体に備えた一体型ヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to an integrated heat pump water heater provided with a refrigeration cycle and a tank circuit in one housing.
従来の一体型ヒートポンプ給湯機として、冷凍サイクルとタンク回路を備えた「瞬間式ヒートポンプ給湯機」が商品化されている。例えば、以下に示されるような瞬間式ヒートポンプ給湯機がある(例えば、非特許文献1参照)。
As a conventional integrated heat pump water heater, an “instantaneous heat pump water heater” having a refrigeration cycle and a tank circuit has been commercialized. For example, there is an instantaneous heat pump water heater as shown below (see Non-Patent
図6は、従来の一体型ヒートポンプ給湯機の回路構成図である。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a conventional integrated heat pump water heater.
図6に示す一体型ヒートポンプ給湯機は、圧縮機1、21、水−冷媒熱交換器2、22、減圧弁3、23、空気−冷媒熱交換器4、24および送風機5、25などで構成された2個の冷凍サイクルと、貯湯タンク6、混合弁7、電磁弁8、給湯用循環ポンプ9および風呂追炊き用循環ポンプ10などを配管で接続して構成されたタンク回路とを備え、冷凍サイクルで湯を生成して浴槽11や蛇口12に直接給湯し、またはタンク回路から貯湯を給湯するものである。そして、この一体型ヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクルやタンク回路を全て1個のユニット内に収納した一体型で構成されている。
しかしながら、上記従来の構成では、水−冷媒熱交換器2、22のパス数が可変できないために、高温沸き上げ、例えば65℃沸き上げ時の効率を優先して水−冷媒熱交換器2、22を最適化すると、同一能力時の流量は低下するので、水−冷媒熱交換器2、22の水側の断面積(管径)を小さくして水流速を稼ぐ必要がある。
However, in the above conventional configuration, since the number of passes of the water-
この水−冷媒熱交換器2、22の仕様のままで直接出湯などの低温沸き上げ、たとえば42℃沸き上げ運転を行うと水側の圧損が大きくなり、所定の水流量が出ないため、特にシャワー時に問題が生じる。
If the water-
また、低温沸き上げの水圧損を優先して水−冷媒熱交換器2、22を最適化すると、水−冷媒熱交換器2、22の水側の断面積(管径)を大きくすると、高温沸き上げ時には水流速が小さくなり、効率が低下して電気代がかかるという課題を有していた。
Further, when the water-
したがって本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高温沸き上げ時の効率を維持しつつ、低温沸き上げ時の水側圧損の低減を図ることが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。 Therefore, the present invention solves such a conventional problem, and provides a heat pump water heater capable of reducing water-side pressure loss during low-temperature boiling while maintaining efficiency during high-temperature boiling. For the purpose.
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、減圧手段、空気−冷媒熱交換器で構成された冷凍サイクルと、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクを有するタンク回路とを、同一の筐体内に具備し、前記水−冷媒熱交換器の水側配管を途中で分岐して、前記水−冷媒熱交換器の水側出口配管に接続するバイパス回路を設けたことを特徴とするもので、高温沸き上げ時の効率向上を図りつつ、低温沸き上げ時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ時
の水流量を確保することができる。
In order to solve the conventional problems, a heat pump water heater of the present invention includes a refrigeration cycle including a compressor, a water-refrigerant heat exchanger, a decompression unit, and an air-refrigerant heat exchanger, and the water-refrigerant heat. A tank circuit having a hot water storage tank for storing hot water heated by the exchanger in the same housing, branching off the water side piping of the water-refrigerant heat exchanger, and the water-refrigerant heat It is characterized by providing a bypass circuit connected to the water outlet pipe of the exchanger, and it is possible to reduce the water side pressure loss during low temperature boiling while improving the efficiency during high temperature boiling. The water flow rate during boiling can be secured.
本発明によれば、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ時の水流量を確保することができるヒートポンプ給湯機を提供できる。 According to the present invention, it is possible to reduce water-side pressure loss during low-temperature boiling operation such as direct hot water with a large amount of water circulation while improving efficiency during high-temperature boiling operation such as hot water storage with a small amount of water circulation. It is possible to provide a heat pump water heater that can secure the water flow rate at the time of low-temperature boiling.
第1の発明は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器で構成された冷凍サイクルと、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクを有するタンク回路とを、同一の筐体内に具備し、前記水−冷媒熱交換器の水側配管を途中で分岐して、前記水−冷媒熱交換器の水側出口配管に接続するバイパス回路を設けたことを特徴とするもので、前記水−冷媒熱交換器の水側配管を途中で分岐して、前記水−冷媒熱交換器の水側出口配管に接続するバイパス回路を設けた構成にすることにより、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。 A first invention is a refrigeration cycle comprising a compressor, a water-refrigerant heat exchanger, a decompression means, and an air-refrigerant heat exchanger, and a hot water storage tank for storing hot water heated by the water-refrigerant heat exchanger. A bypass circuit that has a tank circuit in the same housing, branches the water side pipe of the water-refrigerant heat exchanger in the middle, and connects to the water side outlet pipe of the water-refrigerant heat exchanger The water side piping of the water-refrigerant heat exchanger is branched in the middle, and a bypass circuit is provided to connect to the water side outlet piping of the water-refrigerant heat exchanger By improving the efficiency of high-temperature boiling operation such as hot water storage with a small amount of water circulation, it is possible to reduce water-side pressure loss during low-temperature boiling operation such as direct hot water with a large amount of water circulation. It is possible to secure the water flow rate during low-temperature boiling operation. That.
第2の発明は、バイパス回路に切換手段を設けて、前記切換手段を動作させることで、水−冷媒熱交換器の水流路を変更する構成としたもので、ダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時と、貯湯時などの高温沸き上げ運転時で、切換手段を制御して流路を可変することにより、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。 The second invention is configured to change the water flow path of the water-refrigerant heat exchanger by providing a switching means in the bypass circuit and operating the switching means. By changing the flow path by controlling the switching means during operation and during high-temperature boiling operation such as when storing hot water, water circulation while improving efficiency during high-temperature boiling operation such as when storing hot water where water circulation is small It is possible to reduce water-side pressure loss during low-temperature boiling operation such as when direct hot water is used, and to secure a water flow rate during low-temperature boiling operation.
第3の発明は、水−冷媒熱交換器は複数の熱交換器を有し、切換手段を動作させることで、前記複数の熱交換器を直列に流れる水流路と、前記複数の熱交換器を並列に流れる水流路とに変更する構成としたもので、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。 According to a third aspect of the present invention, the water-refrigerant heat exchanger has a plurality of heat exchangers, and operates a switching means, whereby a water flow path that flows through the plurality of heat exchangers in series, and the plurality of heat exchangers In order to improve the efficiency during high-temperature boiling operation such as when storing hot water with a small amount of water circulation, and at the time of low-temperature boiling operation such as during direct hot water with a large amount of water circulation Water side pressure loss can be reduced, and the water flow rate during low-temperature boiling operation can be secured.
また、水−冷媒熱交換器の水側配管のパス数を変更できるため、ダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時と、貯湯時などの高温沸き上げ運転時でパス数を変更することにより、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。 In addition, since the number of passes in the water-side piping of the water-refrigerant heat exchanger can be changed, by changing the number of passes during low-temperature boiling operation such as direct hot water and high-temperature boiling operation such as hot water storage, While improving the efficiency during high-temperature boiling operation such as when storing hot water with a small amount of water circulation, it is possible to reduce water-side pressure loss during low-temperature boiling operation such as during direct hot water with a large amount of water circulation. Water flow rate can be secured.
第4の発明は、冷媒として二酸化炭素を充填することにより、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができるとともに、安全性の高い、かつ地球環境に優しい一体型ヒートポンプ給湯機を提供することができる。 In the fourth aspect of the invention, by charging carbon dioxide as a refrigerant, the efficiency at the time of high temperature boiling operation such as hot water storage with a small amount of water circulation is improved, and at the time of low temperature boiling operation such as at the time of direct tapping with a large amount of water circulation It is possible to reduce the water-side pressure loss, to secure a water flow rate during low-temperature boiling operation, and to provide an integrated heat pump water heater that is highly safe and friendly to the global environment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における一体型ヒートポンプ給湯機の回路構成図、図2(a)は、同一体型ヒートポンプ給湯機の内部を透視した正面透視図、図2(b)は、同一体型ヒートポンプ式給湯機の平面透視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the integrated heat pump water heater in the first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a front perspective view of the inside of the same heat pump water heater, and FIG. 2B. These are the plane perspective views of the same body type heat pump type hot water heater.
図1、図2(a)、図2(b)に示す第1の実施の形態における一体型ヒートポンプ給
湯機は、圧縮機1、水−冷媒熱交換器2、減圧弁3および空気−冷媒熱交換器4を環状に接続した冷媒回路に冷媒を充填して構成された冷凍サイクルを有している。また、貯湯タンク6、混合弁7−a、7−b、7−c、電磁弁8、給湯用循環ポンプ9などを配管で接続して構成されたタンク回路を具備している。さらに水−冷媒熱交換器2は、水側配管の途中から水側配管の出口に接続するバイパス管を設け、そのバイパス管に電磁弁16が配設されている。なお、送風機5は空気−冷媒熱交換器4に空気を送る機能を果たし、水−冷媒熱交換器2は凝縮器として、空気−冷媒熱交換器4は蒸発器として機能する。
The integrated heat pump water heater in the first embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2 (a), and FIG. 2 (b) includes a
そして、図2(a)、図2(b)に示すように、本実施の形態の一体型ヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクルとタンク回路を1個のユニットに収納し、そのユニットの上部に電装品収納スペースを設けて、冷凍サイクルの圧縮機1、減圧弁3、送風機5および前記タンク回路の混合弁7、電磁弁8、給湯用循環ポンプ9などの制御装置を収納する電装品収納箱17を配設する構造にしたものである。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the integrated heat pump water heater of the present embodiment stores the refrigeration cycle and the tank circuit in one unit, and the electrical unit is installed above the unit. An electrical
以上のように構成された一体型ヒートポンプ給湯機において、以下その動作を説明する。 The operation of the integrated heat pump water heater configured as described above will be described below.
まず、貯湯タンク6に貯湯する場合について説明する。
First, the case where hot water is stored in the hot
貯湯タンク6の残湯量を検出し、残湯量が少なくなると、圧縮機1、送風機5および給湯用循環ポンプ9を運転し、貯湯運転を開始する。冷凍サイクルでは、圧縮機1で圧縮された冷媒は、水−冷媒熱交換器2で放熱して凝縮し、減圧弁3に流入して膨張し、空気−冷媒熱交換器4で送風機5にて送られた空気と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、圧縮機1に吸入されて再び圧縮される。タンク回路では、水−冷媒熱交換器2で水を加熱して湯を生成し、この湯を貯湯側に切り換えられた三方弁11を介して貯湯タンク6の上部から貯湯する。
When the remaining hot water amount in the hot
次に、給水をする場合について説明する。 Next, the case where water is supplied will be described.
蛇口14を開けると、圧縮機1および送風機5を運転して給湯運転を開始する。
When the
ここで冷凍サイクルが起動し、水−冷媒熱交換器2で湯が生成されるまでは、貯湯タンク6の下部に水圧により水が流入し、貯湯タンク6の上部から湯が押し出され、混合弁7−cにより水と混合されて目標温度にされ、蛇口14から出湯される。冷凍サイクルが立上がって水−冷媒熱交換器2で湯が生成されると、貯湯タンク6の湯を使用せずに、水−冷媒熱交換器2で生成された湯は、直接混合弁7−a、7−cにより水と混合されて目標温度にされて蛇口14より出湯される(ダイレクト給湯)。そして、蛇口14を閉じると、圧縮機1などを停止して給湯運転を終了する。
Here, until hot water is generated in the water-
次に、風呂注湯をする場合について説明する。 Next, a case where bath pouring is performed will be described.
リモコン等のスイッチを押すと、電磁弁8が開いて圧縮機1および送風機5を運転して風呂注湯運転を開始する。風呂注湯運転についても上記給湯運転と同様に、冷凍サイクルが立上がって水−冷媒熱交換器2で湯が生成されるまでは、貯湯タンク6の下部に水圧で水が流入し、貯湯タンク6の上部から湯が押し出され、混合弁7−bにより水と混合されて目標温度にされ、電磁弁8を介して風呂15に注湯される。冷凍サイクルが立上がって水−冷媒熱交換器2で湯が生成されると、貯湯タンク6の湯を使用せずに、水−冷媒熱交換器2で生成された湯は、直接混合弁7−a、7−bにより水と混合されて目標温度にされ、電磁弁8を介して風呂15に注湯される(ダイレクト注湯)。そして、風呂15に一定量の湯を張り終えると、圧縮機1などを停止して風呂注湯運転を終了する。
When a switch such as a remote controller is pressed, the
ここで、切換手段である電磁弁16の動作について説明する。
Here, the operation of the
前記貯湯運転などの高温沸き上げ時には電磁弁16を閉とし、ダイレクト給湯運転やダイレクト注湯運転などの低温沸き上げ時には電磁弁16を開とする。
The
以上のような本実施の形態の一体型ヒートポンプ給湯機によれば、ダイレクト給湯運転などの低温沸き上げ時と、貯湯運転などの高温沸き上げ時で前記電磁弁16を制御して流路を可変することにより、水循環量が少ない貯湯運転時などの高温沸き上げ時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト給湯運転時などの低温沸き上げ時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。
According to the integrated heat pump water heater of the present embodiment as described above, the flow path can be changed by controlling the
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態における一体型ヒートポンプ給湯機の回路構成図、図4、図5は、同図一体型ヒートポンプ給湯機の水−冷媒熱交換器の拡大図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an integrated heat pump water heater in the second embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are enlarged views of a water-refrigerant heat exchanger of the integrated heat pump water heater. .
図3に示す第2の実施の形態における一体型ヒートポンプ給湯機は、第1の実施の形態と水−冷媒熱交換器の構成が異なるのみであり、その部分について図4と図5を用いて説明する。 The integrated heat pump water heater in the second embodiment shown in FIG. 3 is different from that of the first embodiment only in the configuration of the water-refrigerant heat exchanger. explain.
図4に示すように水−冷媒熱交換器2bは、冷媒流路と水流路は2パスで構成され、水流路の出口側と入口側にバイパス流路2b−1が設けられ、それぞれの分岐点には三方弁18、19が設けられている。
As shown in FIG. 4, in the water-
以上のように構成された一体型ヒートポンプ給湯機において、その動作は前記第1の実施の形態と同様であり省略し、異なるところの電磁弁16の動作についてのみ説明する。貯湯運転などの高温沸き上げ時には三方弁18、19を図4に示すように設定し、バイパス流路2b−1に流れるようにして、水流路を1パスとし、ダイレクト給湯運転やダイレクト注湯運転などの低温沸き上げ時には三方弁18、19を図5に示すように設定し、水流路を2パスとする。
In the integrated heat pump water heater configured as described above, the operation thereof is the same as that of the first embodiment and is omitted, and only the operation of the
以上のような本実施の形態の一体型ヒートポンプ給湯機によれば、ダイレクト給湯運転などの低温沸き上げ時と、貯湯運転などの高温沸き上げ時で前記三方弁18、19を制御して流路のパス数を可変することにより、水循環量が少ない貯湯運転時などの高温沸き上げ時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト給湯運転時などの低温沸き上げ時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。
According to the integrated heat pump water heater of the present embodiment as described above, the three-
以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで湯を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の瞬間湯沸し器や、業務用の給湯装置などに適している。 As described above, the present invention is applied to a heat pump water heater that generates and supplies hot water in a heat pump cycle, and is suitable, for example, for an instantaneous water heater for home use or a hot water supply device for business use.
1圧縮機
2 水−冷媒熱交換器
3 減圧弁
4 空気−冷媒熱交換器
5 送風機
6 貯湯タンク
7 混合弁
8 電磁弁
9 給湯用循環ポンプ
14 蛇口
15 浴槽
16 電磁弁
18、19 三方弁
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