JP2007113832A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器１次循環経路の凍結予防する場合、湯温検知手段が所定温度以下を検知したときに単純に循環ポンプを作動させたのでは貯湯タンク上部に蓄えられる高温水を浪費してしまい湯切れの発生を生じやすくするという課題があった。
【解決手段】貯湯タンク１の上部から風呂熱交換器５を経由して貯湯タンク１の下部を接続する１次側風呂循環高温水経路６と、貯湯タンクの中間部から風呂熱交換器を経由して貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環中温水経路７と、１次側風呂循環高温水経路６と１次側風呂循環中温水経路７とを切り替える１次側風呂循環経路切り替え弁８と、１次側出口温度検出手段１１と、外気温度検出手段１２と、残湯センサ１３とを備え、状況に応じて１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環高温水経路６または１次側風呂循環中温水経路７に切り替えて、貯湯タンクの高温水の浪費及びランニングコストを抑える。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、高温に沸き上げたタンク上部の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。

そして、沸き上げや風呂追い焚き運転が行われておらず外気温度が低下したときに、循環経路内の温水温度を検知する検知手段を設けた上で、循環経路の凍結を防止するために検知手段が所定温度以下を検知すれば循環ポンプを作動させて凍結予防を行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５６９０７号公報

ところで上記したように、従来から循環経路内の温度を検知する検知手段が所定温度以下を検知したとき循環ポンプを作動させて凍結予防運転を行うことは知られている。

しかしながら、熱交換器１次循環経路の凍結を予防するために、湯温検知手段が所定温度以下を検知して単純に循環ポンプを作動させたのでは貯湯タンク上部に蓄えられる高温水を浪費してしまい、湯切れの発生が生じやすくなるという課題があった。

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、貯湯タンクの下部から加熱手段と経由して貯湯タンクへ接続する沸き上げ経路と、沸き上げ経路が貯湯タンク下部と上部へ接分岐する箇所に設けた沸き上げ流路切り替え弁と、貯湯タンクの上部から風呂熱交換器を経由して貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環高温水経路と、貯湯タンクの中間部から風呂熱交換器を経由して貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環中温水経路と、１次側風呂循環高温水経路と１次側風呂循環中温水経路とを切り替える１次側風呂循環経路切り替え弁を備えるものである。

これにより、外気温度が下がり１次側風呂循環経路の凍結予防運転をする場合にできるだけ貯湯タンク中間の中温水を流し、貯湯タンク上部の高温水の浪費を抑えて湯切れ発生を生じにくくすることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、外気温度が下がり１次側風呂循環経路の凍結予防運転をする場合にできるだけ貯湯タンク中間の中温水を流し、貯湯タンク上部の高温水の浪費を抑えるため、湯切れ発生を生じにくくすることができる。

第１の発明は、貯湯タンクと、貯湯タンクの水を加熱する加熱手段と、貯湯タンクの下部から加熱手段と経由して貯湯タンクへ接続する沸き上げ経路と、沸き上げ経路が貯湯タンク下部と上部へ接分岐する箇所に設けた沸き上げ流路切り替え弁と、貯湯タンクの上部から風呂熱交換器を経由して貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環高温水経路と、
貯湯タンクの中間部から風呂熱交換器を経由して貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環中温水経路と、１次側風呂循環高温水経路と１次側風呂循環中温水経路とを切り替える１次側風呂循環経路切り替え弁と、風呂熱交換器及び浴槽を接続した２次側風呂循環経路とを備えるヒートポンプ給湯機である。

これによって、外気温度が下がり１次側風呂循環経路の凍結予防運転をする場合にできるだけ貯湯タンク中間の温水を流し、貯湯タンク上部の高温水の浪費を抑えて湯切れ発生を生じにくくすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、１次側風呂循環経路上の風呂熱交換器の出口側に湯水の温度を検出する１次側出口温度検出手段を備え、１次側出口温度検出部による検出温度が所定温度よりも低いとき流路切り替え弁を１次風呂循環中温水経路側に切り替え、所定時間だけ湯水を流すものである。

これによって、外気温度が下がり１次側風呂循環経路の凍結予防運転をする場合にできるだけ貯湯タンク中間の温水を流し、貯湯タンク上部の高温水の浪費を抑えて湯切れ発生を生じにくくすることができる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、外気温度検出手段による検出温度が所定温度以下であれば、流路切換弁を１次側風呂循環高温水経路側に切り替え、所定時間だけ湯水を流すものである。

これによって、外気温度が例えば−１５℃以下ぐらいに極端に下がった場合は循環経路の温度低下が早いので１次側風呂高温水路側に切り替えて、確実に凍結予防を行うと共に温度低下を回数少なくすることで、循環ポンプなどの作動回数を減らして消費電力を抑えることができる。

第４の発明は、特に、第２の発明において、１次側風呂循環中温水経路に接続する貯湯タンク付近に残湯温度を検出する残湯センサを備え、残湯センサにより検出される残湯温度が所定温度以下のときは、流路切り替え弁を１次側風呂循環高温水経路側に切り替え、所定時間だけ湯水を流すものである。

これによって、貯湯タンク中間部の温度が低いときに凍結予防で中温水側から温水を流すと循環経路の温度低下が早く、循環ポンプなどの作動頻度が多くなり消費電力が上がるため高温水側に切り替えることにより消費電力を抑えることができる。

第５の発明は、特に、第２の発明において、１次側風呂循環中温水経路に接続する貯湯タンク付近に残湯温度を検出する残湯センサを備え、風呂追い焚き時に残湯センサにより検出される残湯温度が所定温度以上の時は１次側風呂循環経路切り替え弁を１次側風呂循環中温水経路側にして温水を流し、所定温度以下の場合は１次側風呂循環高温水経路側にして温水を流すものである。

これによって、風呂追い焚き時に貯湯タンクの中間部の温度が比較的高い時は１次側風呂循環中温水路から温水を流し、低い時は上部の１次側風呂循環高温水路から温水を流すことにより注湯タンクの温水を効率的に使うことができる。

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。

（実施の形態１）
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、１はお湯を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１の水を加熱する加熱手段、３は貯湯タンク１の下部から加熱手段２を経由して貯湯タンク１へ接続する沸き上げ経路である。

また、４は沸き上げ経路３が貯湯タンク１の下部と上部へ接分岐する箇所に設けた沸き上げ流路切り替え弁である。加熱手段２は、例えば二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプユニットである。

また、５は風呂熱交換器、６は貯湯タンク１の上部から風呂熱交換器５を経由して貯湯タンク１の下部を接続する１次側風呂循環高温水経路、７は貯湯タンク１の中間部から風呂熱交換器５を経由して貯湯タンク１の下部を接続する１次側風呂循環中温水経路、８は風呂熱交換器５の１次側の入り口に位置し、１次側風呂循環高温水経路６と１次側風呂循環中温水経路７とを切り替える１次側風呂循環経路切り替え弁である。また、９は浴槽、１０は風呂熱交換器５及び浴槽９を接続した２次側風呂循環経路である。

１１は風呂熱交換器５の出口側に湯水の温度を検出する１次側出口温度検出手段、１２は外気温度を検出する外気温度検出手段、１３は１次側風呂循環中温水経路７に接続する貯湯タンク１の中間部付近の残湯温度を検出する残湯センサである。なお、図１においては外気温度検出手段１２を加熱手段２の近傍に設けたが、外気温度を検知できる場所であればいずれの場所であっても問題ない。

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。

沸き上げ貯湯運転について説明すると、上記ヒートポンプ給湯機における沸き上げ貯湯運転は図２の処理手順に示されるものである。

まず、加熱手段２が沸き上げを開始すると沸き上げ経路には貯湯タンク１下部からの温水を加熱し、加熱手段２によって加熱された湯水温度を検知する出湯検出部（図示せず）を用いて湯水温度を検出する（ステップ２０１）。そして、制御手段（図示せず）はステップ２０１で検出した検出温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ２０２）。もし、検出温度の方が所定温度よりも低ければ、沸き上げ流路切り替え弁４を切り替えて貯湯タンク下部側流れるようにする（ステップ２０３）。また、出湯検出温度の方が所定温度よりも高ければ、沸き上げ流路切り替え弁４を切り替えて貯湯タンク上部側流れるようにする（ステップ２０４）。

このように、加熱手段２の出湯検出温度に応じて沸き上げ流路切り替え弁４を切り替えることにより貯湯タンク１上部の湯水温度の低下を防いでいる。特に加熱手段２の起動時は湯水を十分に加熱することができないため、貯湯タンク１の上部の高温湯水が低下することが多いが、このように沸き上げ流路切り替え弁４を切り替えることにより貯湯タンク１上部の湯水温度の低下を防ぐことができる。

次に、風呂沸き上げ運転について説明すると、貯湯タンク１の上部から取り出した高温の湯水を風呂熱交換器５へ流し、風呂熱交換器５で熱交換することにより放熱した湯水が貯湯タンク１の下部へ戻される。ここで、風呂熱交換器５では、貯湯タンク１の上部から取り出した高温の湯水と、２次側風呂循環経路１０内で循環している湯水とが熱交換することにより、２次側風呂循環経路１０内を循環する湯水が加熱されることにより浴槽９の湯水を加熱する。なお、残湯センサ１３により検知される温度が所定温度が所定温度以上であれば、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環中温水経路７側に切り替え
ることによって、貯湯タンク１の中間部から取り出した高温の湯水と、２次側風呂循環経路１０内で循環している湯水とが熱交換するようにしてもよい。それによれば、貯湯タンク１の上部に蓄えられている高温の湯水を極力使用せずに済むほか、貯湯タンク１の中間部に発生する中間層（約３５度から約６５度の湯水で構成される湯層）を取り除くこともでき、加熱手段がヒートポンプサイクルであればその加熱効率を低下させずに加熱を行うことができる。

次に、凍結予防運転について説明する。凍結予防運転は、夜間等の比較的気温の低いときに、管内の液体が凍結することを防止するものであり、貯湯タンク１の上部または中間部から取り出した湯水を用い、１次側風呂循環高温水経路６または１次側風呂循環中温水経路７に湯水を循環させるようにする。

以下、図３に本発明の実施の形態における凍結予防運転の処理手順を詳細に示した。図３において、まず、１次側出口温度検出手段１１が、湯水の温度を検出する（ステップ３０１）。そして、ステップ３０１で検出した温水温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ３０２）。もし、出湯検出温度の方が所定温度以上であれば、ステップ３０１に戻り、出湯検出温度の方が所定温度よりも低ければ、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環中温水経路７側に切り替えて凍結予防運転を行う（ステップ３０３）。

以上のように、本実施の形態によれば、凍結予防運転において貯湯タンク上部に蓄えられている高温の湯水を用いて凍結予防運転を行わないため、高温の湯水を浪費することなく、また湯切れの発生を抑制することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、図３に示した凍結予防運転により、貯湯タンク上部に蓄えられている高温の湯水を用いて凍結予防運転を行わないため、高温の湯水を浪費することなく、また湯切れの発生を抑制することができた。しかし、貯湯タンク１の中間部には低温の湯水が蓄えられている場合もあり、例えば外気温度が極めて低い場合などは十分に凍結予防の効果を奏し得ない場合もありうる。

そこで、本実施の形態では、図４に示すような凍結予防運転の処理手順を行うことにより、上記問題点を改善している。

図４によれば、まず、１次側出口温度検出手段１１が、湯水の温度を検出する（ステップ４０１）。そして、ステップ４０１で検出した温水温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ４０２）。もし、出湯検出温度の方が所定温度以上であれば、ステップ４０１に戻り、出湯検出温度の方が所定温度よりも低ければ、次に外気温度検出手段１２が、外気温度を検出する（ステップ４０３）。そして、ステップ４０３で検出した外気温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ４０４）。もし、外気温度の方が所定温度よりも高ければ１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環中温水経路７側に切り替えて凍結予防運転を行う（ステップ４０５）。また、外気温度の方が所定温度よりも低ければ、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環高温水経路６側に切り替えて凍結予防運転を行う（ステップ４０６）。

以上のように、本実施の形態によれば、凍結予防運転において貯湯タンク上部に蓄えられている高温の湯水を用いて凍結予防運転を行わないため、高温の湯水を浪費することなく、また湯切れの発生を抑制することができる。さらに、外気温度が極めて低温である場合などは、十分に凍結防止の効果を果たすように、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環高温水経路６側に切り替えて凍結予防運転を行うので、凍結予防効果がさら
い得られる。

なお、ステップ４０６において、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環高温水経路６側に切り替えることは所定時間の間だけでもよいし、また所定時間の間に１次側風呂循環高温水経路６側と１次側風呂循環中温水経路７側とを繰り返し切り替えるようにしてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態２でも述べたが、凍結予防運転を行うときに、必ずしも貯湯タンク１の中間部にも高温の湯水が蓄えられているとは限らない。そこで、本実施の形態では、貯湯タンク１の中間部に蓄えられている温度層の温度を確認することを行っている。特に、外気温度が極めて低い場合などは十分に凍結予防の効果を奏する。以下、図５も用いて詳細を説明する。

まず、１次側出口温度検出手段１１が、湯水の温度を検出する（ステップ５０１）。ステップ５０１で検出した温水温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ５０２）。もし、出湯検出温度の方が所定温度よりも低ければ、次に外気温度検出手段１２が、外気温度を検出する（ステップ５０３）。ステップ５０３で検出した外気温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ５０４）。もし、外気温度の方が所定温度よりも低ければ、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環高温水経路６側に切り替えて凍結予防運転を行う（ステップ５０５）。また、外気温度の方が所定温度よりも高ければ次に残湯センサ１３により貯湯タンク１の中間部付近の残湯温度を検出する（ステップ５０６）。

ステップ５０６で検出した残湯温度と、予め設定された所定温度とを比較する（ステップ５０７）もし、残湯温度の方が所定温度よりも低ければ、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環高温水経路６側切り替えて凍結予防運転を行う（ステップ５０８）。

また、残湯温度の方が所定温度よりも高ければ、１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環中温水経路７側に切り替えて凍結予防運転を行う（ステップ５０９）。

このように外気温度が下がり１次側風呂循環経路の凍結予防運転をする場合にできるだけ貯湯タンク中間の中温水を流し、貯湯タンク上部の高温水の浪費を抑えて湯切れ発生を生じにくくすると共に貯湯タンクの中間部の温水温度が低い場合や外気温度が極端に低い場合は１次側風呂循環経路切り替え弁を１次側風呂循環高温水経路側にしてランニングコストを抑えることによりさまざまな条件下で最善の凍結予防運転ができる。

さらに、風呂追い焚き時に残湯センサ１３により検出される残湯温度が所定温度以上の時は１次側風呂循環経路切り替え弁８を１次側風呂循環中温水経路側７にして温水を流し、所定温度以下の場合は１次側風呂循環高温水経路側８にして温水を流すようにする。

このように貯湯タンクの中間部の温度が比較的高い時は１次側風呂循環中温水路から温水を流し、低い時は上部の１次側風呂循環高温水路から温水を流すことにとり貯湯タンクの温水を効率的に使うことができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、外気温度が下がり１次側風呂循環経路の凍結予防運転をする場合に１次側風呂循環経路切り替え弁により１次側風呂循環高温水経路または１次側風呂循環中温水経路に切り替えて、貯湯タンク上部の高温水の浪
費及びランニングコストにおいて最善の凍結予防運転をすることができる。

本発明の実施の形態による貯湯式温水器の構成図 本発明の実施の形態１における制御フロー図 本発明の実施の形態１における制御フロー図 本発明の実施の形態２における制御フロー図 本発明の実施の形態３における制御フロー図

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ 加熱手段
３ 沸き上げ経路
４ 沸き上げ流路切り替え弁
５ 風呂熱交換器
６ １次側風呂循環高温水経路
７ １次側風呂循環中温水経路
８ １次側風呂循環経路切り替え弁
９ 浴槽
１０ ２次側風呂循環経路
１１ １次側出口温度検出手段
１２ 外気温度検出手段
１３ 残湯センサ

Claims (5)

1. 貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部から前記加熱手段と経由して前記貯湯タンクへ接続する沸き上げ経路と、前記沸き上げ経路が前記貯湯タンク下部と上部へ接分岐する箇所に設けた沸き上げ流路切り替え弁と、前記貯湯タンクの上部から風呂熱交換器を経由して前記貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環高温水経路と、前記貯湯タンクの中間部から前記風呂熱交換器を経由して前記貯湯タンクの下部を接続する１次側風呂循環中温水経路と、前記１次側風呂循環高温水経路と前記１次側風呂循環中温水経路とを切り替える１次側風呂循環経路切り替え弁と、前記風呂熱交換器及び浴槽を接続した２次側風呂循環経路とを備えるヒートポンプ給湯機。
2. １次側風呂循環経路上の風呂熱交換器の出口側に湯水の温度を検出する１次側出口温度検出手段を備え、前記１次側出口温度検出部による検出温度が所定温度よりも低いとき流路切換弁を１次風呂循環中温水経路側に切り替え、所定時間だけ湯水を流す請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、前記外気温度検出手段による検出温度が所定温度以下であれば、流路切換弁を１次側風呂循環高温水経路側に切り替え、所定時間だけ湯水を流す請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
4. １次側風呂循環中温水経路に接続する貯湯タンク付近に残湯温度を検出する残湯センサを備え、前記残湯センサにより検出される残湯温度が所定温度以下のときは、流路切換弁を１次側風呂循環高温水経路側に切り替え、所定時間だけ湯水を流す請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
5. １次側風呂循環中温水経路に接続する貯湯タンク付近に残湯温度を検出する残湯センサを備え、風呂追い焚き時に前記残湯センサにより検出される残湯温度が所定温度以上の時は１次側風呂循環経路切り替え弁を１次側風呂循環中温水経路側にして温水を流し、所定温度以下の場合は１次側風呂循環高温水経路側にして温水を流す請求項１記載のヒートポンプ給湯機。

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