JP2007139415A - Heat pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給湯用水の加熱手段としてヒートポンプサイクルを用いたヒートポンプ式給湯器に関する。 The present invention relates to a heat pump type water heater using a heat pump cycle as a means for heating hot water.
従来、寒冷地等で給湯器内の水回路が凍結して破損することに対し、それを防止する方法として、外気温の低い時には給湯器内での水循環を停止させ、加熱装置だけを運転して水熱交換器及びその周辺の水配管の凍結を防止するものがある。 Conventionally, as a method to prevent the water circuit in the water heater from being frozen and damaged in cold districts, water circulation in the water heater is stopped when the outside air temperature is low, and only the heating device is operated. Some water heat exchangers and surrounding water pipes are prevented from freezing.
また、特開平11−63661号公報では、タンク内の水をウォータポンプで循環させて、水回路の凍結を防止している。 In JP-A-11-63661, water in the tank is circulated by a water pump to prevent the water circuit from freezing.
しかし、前記従来の加熱装置だけを運転する方法では、水熱交換器から離れた部分の水配管やウォータポンプの凍結が防ぎきれないという問題があり、前記公報のタンク内の水を循環する方法では、タンク内に冷水が流れ込むことにより、タンク内の温水温度が低下したり温度分布にムラができたりして、希望温度での出湯制御が困難になるというような問題がある。 However, in the method of operating only the conventional heating device, there is a problem that water pipes and water pumps in a part away from the water heat exchanger cannot be prevented from being frozen, and the method of circulating water in the tank of the above publication Then, when cold water flows into the tank, there is a problem that the hot water temperature in the tank decreases or the temperature distribution becomes uneven, making it difficult to control hot water at a desired temperature.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、タンク内の温水を循環させることなく、給湯器内の水回路の凍結が防止できるヒートポンプ式給湯器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a heat pump type water heater that can prevent freezing of a water circuit in a water heater without circulating hot water in a tank. There is to do.
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
本発明にかかる給湯装置は、給湯用水を貯留する貯湯タンク(2)と、吸引した冷媒を加圧して吐出する圧縮機(6)と、圧縮機(6)で加圧された冷媒と貯湯タンク(2)から流水配管(3)を介して供給された給湯用水との熱交換を行ない、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成された水熱交換器(7)と、水熱交換器(7)より流出した冷媒を減圧させる膨張弁(8)と、膨張弁(8)で減圧された冷媒を外気と熱交換させる空気熱交換器(9)とを有するヒートポンプサイクルと、貯湯タンク(2)と水熱交換器(7)との間で給湯用水を循環させる流水配管(3)と、流水配管(3)に設けられ、給湯用水を循環させるウォータポンプ(4)と、貯湯タンク(2)をバイパスするバイパス通路(19)と、給湯用水の流路を貯湯タンク(2)側とバイパス通路(19)側とに切り替える水流路切替手段(20)と、流水配管(3)の水温を検出する水温検出手段(16、17)と、水流路切替手段(20)を貯湯タンク(2)側へ切り替え、ヒートポンプサイクルを稼動させるとともに、給湯用水の循環を行う通常のサイクル運転と、通常のサイクル運転が停止している状態において、水温検出手段(16、17)にて検出される水温が所定値より低くなった時に、ヒートポンプサイクルを通常のサイクル運転時よりも低能力で稼動させるとともに、給湯用流水が少ない流量で水熱交換器(7)およびバイパス通路(19)を通過するように給湯用流水を循環させる凍結防止運転とを行うように、圧縮機(6)、水流路切替手段(20)およびウォータポンプ(4)を制御する制御装置(5)とを有するものである。 A hot water supply apparatus according to the present invention includes a hot water storage tank (2) for storing hot water supply water, a compressor (6) for pressurizing and discharging sucked refrigerant, and a refrigerant and hot water storage tank pressurized by the compressor (6). A water heat exchanger (7) configured to perform heat exchange with the hot water supplied from (2) via the flowing water pipe (3) so that the flow direction of the refrigerant and the flow direction of the hot water are opposed to each other. And an expansion valve (8) for depressurizing the refrigerant flowing out of the water heat exchanger (7), and an air heat exchanger (9) for exchanging heat between the refrigerant depressurized by the expansion valve (8) and the outside air A water supply pipe (3) for circulating hot water supply water between the cycle, the hot water storage tank (2) and the water heat exchanger (7), and a water pump (4) provided in the water supply pipe (3) for circulating hot water supply water (4) ), A bypass passage (19) for bypassing the hot water storage tank (2), A water flow path switching means (20) for switching the hot water flow path between the hot water storage tank (2) side and the bypass passage (19) side, water temperature detection means (16, 17) for detecting the water temperature of the flowing water pipe (3), The water flow switching means (20) is switched to the hot water storage tank (2) side, the heat pump cycle is operated, the normal cycle operation for circulating the hot water supply water, and the normal cycle operation are stopped. When the water temperature detected by the detection means (16, 17) is lower than a predetermined value, the heat pump cycle is operated with a lower capacity than during normal cycle operation, and the water heat exchanger has a flow rate with less hot water flow. The compressor (6), the water flow path switching means (20), and the water flow switching device (7) and the antifreezing operation for circulating the hot water supply water so as to pass through the bypass passage (19). Those having a control device for controlling the Taponpu (4) and (5).
これにより、通常のサイクル運転が停止している状態において、水温検出手段(16、17)にて検出される水温が所定値より低くなった時に、ヒートポンプサイクルを通常のサイクル運転時よりも低能力で稼動させるとともに、水熱交換器(7)で加熱された給湯用流水を少ない流量でおよびバイパス通路(19)を通過させることで、水熱交換器で暖められた温水がバイパス通路を通って給湯器内の水回路を循環するため、その凍結を防止することができる。また、給湯用水はバイパス通路を通って循環されるため、貯湯タンク内の温水に影響を与えない。 Thereby, in a state where the normal cycle operation is stopped, when the water temperature detected by the water temperature detection means (16, 17) becomes lower than a predetermined value, the heat pump cycle has a lower capacity than the normal cycle operation. The hot water heated by the water heat exchanger (7) is passed through the bypass passage (19) at a low flow rate and through the bypass passage (19), so that the hot water heated by the water heat exchanger passes through the bypass passage. Since the water circuit in the water heater is circulated, the freezing can be prevented. Moreover, since the hot water supply water is circulated through the bypass passage, the hot water in the hot water storage tank is not affected.
また、凍結防止運転時、圧縮機(6)を通常のサイクル運転時よりも低回転で運転させることが望ましい。 In addition, during the freeze prevention operation, it is desirable to operate the compressor (6) at a lower speed than during normal cycle operation.
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
次に、本発明のヒートポンプ式給湯器を図面に基づいて説明する。 Next, the heat pump type water heater of the present invention will be described based on the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。本実施形態でのヒートポンプ式給湯器1は、給湯用水を貯留する貯湯タンク2、この貯湯タンク2に接続される流水配管3、この流水配管3に給湯用水を流通させるウォータポンプ4、給湯用水の加熱手段である後述する超臨界ヒートポンプサイクルのヒートポンプユニット1a、及びヒートポンプ式給湯器1の作動を制御する制御装置5等より構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a heat pump type water heater in the first embodiment of the present invention. A heat pump type
貯湯タンク2は、耐蝕性に優れた金属製(例えばステンレス製)で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク2に貯留される給湯用水は、使用時に冷水と混合して温度調節した後、主にキッチンや風呂等で使用されるが、給湯用以外にも、例えば床暖房用や室内空調用等の熱源として利用することもできる。 The hot water storage tank 2 is made of metal (for example, made of stainless steel) having excellent corrosion resistance and has a heat insulating structure, and can keep hot hot water for a long time. Hot water for hot water stored in the hot water storage tank 2 is mixed with cold water at the time of use and adjusted in temperature, and then used mainly in kitchens, baths, etc. In addition to hot water supply, for example, for floor heating, indoor air conditioning, etc. It can also be used as a heat source.
流水配管3は、貯湯タンク2と後述の水熱交換器7とを接続する冷水配管3aと温水配管3bとで構成される。冷水配管3aは、一端が貯湯タンク2の下部に設けられた冷水出口2aに接続され、他端が水熱交換器7に設けられる水通路(図示しない)の入口に接続されている。温水配管3bは、一端が前記水通路の出口に接続され、他端が貯湯タンク2の上部に設けられた温水入口2bに接続されている。
The flowing
ウォータポンプ4は、図1に矢印で示すように、貯湯タンク2内の給湯用水が冷水出口2aから冷水配管3a→水通路→温水配管3bを流れて温水入口2bから貯湯タンク2へ還流する様に水流を発生させる。このウォータポンプ4は、内蔵するモータ(図示しない)の回転数に応じて流水量を調節することができる。
As shown by an arrow in FIG. 1, the
超臨界ヒートポンプサイクルは、図1に示すように、圧縮機6、水熱交換器7、膨張弁8、空気熱交換器9、アキュームレータ10、これらの機器を繋ぐ冷媒配管(高圧配管11と低圧配管12)等によって構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素(CO2)が封入されている。
As shown in FIG. 1, the supercritical heat pump cycle includes a
圧縮機6は、内蔵するモータ(図示しない)によって駆動され、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。圧縮機6の冷媒吐出量は、モータの回転数に応じて可変する。
The
水熱交換器7は、圧縮機6で加圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、前述した水通路に隣接して冷媒通路(図示しない)が設けられ、その冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と水通路を流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
The water heat exchanger 7 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure gas refrigerant pressurized by the
膨張弁8は、水熱交換器7と空気熱交換器9との間に設けられ、水熱交換器7で冷却された冷媒を減圧して空気熱交換器9に供給する。この膨張弁8は、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、制御装置5により通電制御される。
The
空気熱交換器9は、外気ファン15による送風を受けて、膨張弁8で減圧された冷媒を外気との熱交換によって蒸発させる。
The
アキュームレータ10は、空気熱交換器9で蒸発した冷媒を気液分離してサイクル中の余剰冷媒を蓄えると共に、ガス冷媒のみ圧縮機6に吸引させる。
次に、本発明の要部について説明する。
The
Next, the main part of the present invention will be described.
水熱交換器7と膨張弁8との間の高圧配管11に冷媒迂回路11aを設けて、その冷媒迂回路11aの先にウォータポンプ4の上流側で冷水配管3aを暖める水回路加熱部13を設けた。
A water
この水回路加熱部13は、図1の円内の斜視図に示すように、真鍮管等で形成された冷水配管3aの外周に銅のキャピラリーチューブ等による冷媒配管13aを巻き付けて、接触面をろう付け等で接合して熱交換容易とし、断熱材13bで覆って外気との断熱を行なっている。
As shown in the perspective view in the circle of FIG. 1, the water
冷媒迂回路11aへの切り替えは、高圧配管11に設けた冷媒流路切替手段である三方弁14で行われ、迂回した冷媒は水回路加熱部13で冷水配管3a中の給湯用水を加熱した後、三方弁14と膨張弁8との間の高圧配管11に戻される。尚、三方弁14は制御装置5により通電制御される。
Switching to the
上記のヒートポンプ式給湯器1は、水熱交換器7に流入する給湯用水の温度(給水温度)を検出する給水温度検出手段としてサーミスタ等の水温センサ16と、水熱交換器7より流出する給湯用水の温度(給湯温度)を検出する給湯温度検出手段としてサーミスタ等の水温センサ17とを備えており、両センサ16,17の検出信号は制御装置5に入力される。
The heat pump
次に、通常のサイクル運転を説明する。 Next, normal cycle operation will be described.
冷媒は、圧縮機6で加圧されて高温高圧となり、水熱交換器7で給湯用水に放熱して冷却され、冷媒迂回路11aを通ることなく、膨張弁8に供給され、膨張弁8の開度に応じて減圧される。減圧された低温低圧の冷媒は、空気熱交換器9 (外気ファン:ON)で外気より吸熱して蒸発し、アキュームレータ10で気液分離された後、ガス冷媒のみ圧縮機6に吸引されるサイクルを繰り返す。
The refrigerant is pressurized by the
給湯用水は、ウォータポンプ4で加圧され、水熱交換器7で冷媒から吸熱して温水となり、貯湯タンク2へ送られて貯められる。そして、貯湯タンク2内が全て温水となって、冷水配管3a側からの給水温度が高くなったことを水温センサ16で検出したら、冷媒及び給湯用水の循環を停止させる。
The hot water supply water is pressurized by the
次に、本発明に係わる上記サイクル運転停止中のヒートポンプ式給湯器1内水回路の凍結防止運転について説明する。図2は、制御装置5での処理手順を示すフローチャート図である。
Next, the antifreezing operation of the water circuit in the heat pump type
ステップS1では、水温センサ16,17の検出信号を一定サイクルで取り込み、前記水回路の水温が凍結防止運転が必要な温度か否かを判定する。本実施形態では、3℃以下を凍結防止運転必要温度としており、3℃より高い場合はリターンして水温の判定のみを続行し、3℃以下となった場合はステップS2に進んで凍結防止運転を開始する。
In step S1, the detection signals of the
そのステップS2では、三方弁14を冷媒迂回路11a側へ切り替えて、圧縮機6を通常4〜5千回転に対して1千回転程度の低速で駆動させる。これにより、前記水回路は水熱交換器7及び水回路加熱部13で暖められて凍結が防止される。
In step S2, the three-
ステップS3では、凍結防止運転中に前記水回路の水温が充分上がったことを検出する。本実施形態では、10℃より高くなったところでステップS4に進んで凍結防止運転を停止する。 In step S3, it is detected that the water temperature of the water circuit has sufficiently increased during the freeze prevention operation. In this embodiment, when it becomes higher than 10 degreeC, it progresses to step S4 and freeze prevention operation is stopped.
そのステップS4では、圧縮機6を停止させ、三方弁14を通常の冷媒迂回路11aを通さない側へ切り替える。
In step S4, the
このように、ヒートポンプサイクルを低い能力で稼動させることで水熱交換器7及び、冷媒迂回路11aの先に設けた水回路加熱器13で水熱交換器7から離れた部分の冷水配管3aやウォータポンプ4も暖められるため、ヒートポンプユニット1a内の水回路の凍結を防止することができる。また、給湯用水の循環は行なわないため、貯湯タンク2内の温水には影響を与えない。
In this way, by operating the heat pump cycle with a low capacity, the water heat exchanger 7 and the
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。図1の第1実施形態と異なるのは、ヒートポンプサイクルにおける高圧配管11部に冷媒迂回路11aが無い代わりに、水回路における流水配管3に、貯湯タンク2をバイパスするバイパス通路19を設けた。このバイパス通路19への切り替えは、温水配管3bに設けた水流路切替手段である三方弁20で行われ、三方弁20は制御装置5により通電制御される。
(Second Embodiment)
Drawing 3 is a mimetic diagram showing the composition of the heat pump type water heater in a 2nd embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment of FIG. 1 is that a
通常のサイクル運転は、第1実施形態と同じである。 Normal cycle operation is the same as in the first embodiment.
次に、本発明に係わる上記サイクル運転停止中のヒートポンプ式給湯器1内水回路の凍結防止運転について説明する。図4は、制御装置5での処理手順を示すフローチャート図である。
Next, the antifreezing operation of the water circuit in the heat pump type
ステップS5では、水温センサ16,17の検出信号を一定サイクルで取り込み、前記水回路の水温が凍結防止運転が必要な温度か否かを判定する。本実施形態では、3℃以下を凍結防止運転必要温度としており、3℃より高い場合はリターンして水温の判定のみを続行し、3℃以下となった場合はステップS6に進んで凍結防止運転を開始する。
In step S5, the detection signals of the
そのステップS6では、三方弁20をバイパス通路19側へ切り替えて、ウォータポンプ4を低速で駆動させると共に、圧縮機6を通常4〜5千回転に対して1千回転程度の低速で駆動させる。
In step S6, the three-
ステップS7では、凍結防止運転中に前記水回路の水温が充分上がったことを検出する。本実施形態では、10℃より高くなったところでステップS8に進んで凍結防止運転を停止する。 In step S7, it is detected that the water temperature of the water circuit has sufficiently increased during the freeze prevention operation. In this embodiment, when it becomes higher than 10 degreeC, it progresses to step S8 and stops freezing prevention driving | operation.
そのステップS8では、圧縮機6とウォータポンプ4を停止させ、三方弁20を通常のバイパス通路19を通さない側へ切り替える。
In step S8, the
このように、ヒートポンプサイクルを低い能力で稼動させると共に、給湯用水を少ない流量で循環させることで、水熱交換器7で暖められた温水がバイパス通路19を通ってヒートポンプユニット1a内の水回路を循環するため、その凍結を防止することができる。また、給湯用水はバイパス通路19を通って循環されるため、貯湯タンク2内の温水に影響を与えない。
As described above, the heat pump cycle is operated at a low capacity, and the hot water heated by the hydrothermal exchanger 7 is passed through the
(その他の実施形態)
第1実施形態ではヒートポンプサイクル側に冷媒迂回路11aを、また、第2実施形態では水回路側にバイパス通路19を設けているが、勿論この両方を設ける構成としてもよい。
(Other embodiments)
In the first embodiment, the
また、上述の実施形態では、凍結防止運転時の圧縮機6の回転数を所定の低速回転としたが、その加熱による水回路の温度の上がり具合によって、圧縮機6の回転数等で加熱度を加減する制御としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the rotation speed of the
本発明はヒートポンプサイクルのみならず、他の冷媒圧縮式冷凍サイクルに適用してもよい。 The present invention may be applied not only to the heat pump cycle but also to other refrigerant compression refrigeration cycles.
1a ヒートポンプユニット
2 貯湯タンク
3 流水配管
4 ウォータポンプ
5 制御装置(制御手段)
6 圧縮機
7 水熱交換器
8 膨張弁
9 空気熱交換器
10 アキュームレータ
11 高圧配管
11a 冷媒迂回路
13 水回路加熱器
14 三方弁(冷媒流路切替手段)
16、17 水温センサ(水温検出手段)
19 バイパス通路
20 三方弁(水流路切替手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Heat pump unit 2 Hot
6 Compressor 7
16, 17 Water temperature sensor (water temperature detection means)
19
Claims (2)
吸引した冷媒を加圧して吐出する圧縮機(6)と、前記圧縮機(6)で加圧された冷媒と前記貯湯タンク(2)から流水配管(3)を介して供給された給湯用水との熱交換を行ない、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成された水熱交換器(7)と、前記水熱交換器(7)より流出した冷媒を減圧させる膨張弁(8)と、前記膨張弁(8)で減圧された冷媒を外気と熱交換させる空気熱交換器(9)とを有するヒートポンプサイクルと、
前記貯湯タンク(2)と前記水熱交換器(7)との間で前記給湯用水を循環させる流水配管(3)と、
前記流水配管(3)に設けられ、前記給湯用水を循環させるウォータポンプ(4)と、
前記貯湯タンク(2)をバイパスするバイパス通路(19)と、
前記給湯用水の流路を前記貯湯タンク(2)側と前記バイパス通路(19)側とに切り替える水流路切替手段(20)と、
前記流水配管(3)の水温を検出する水温検出手段(16、17)と、
前記水流路切替手段(20)を前記貯湯タンク(2)側へ切り替え、前記ヒートポンプサイクルを稼動させるとともに、前記給湯用水の循環を行う通常のサイクル運転と、
前記通常のサイクル運転が停止している状態において、前記水温検出手段(16、17)にて検出される水温が所定値より低くなった時に、前記ヒートポンプサイクルを前記通常のサイクル運転時よりも低能力で稼動させるとともに、前記水熱交換器(7)で加熱された前記給湯用流水が少ない流量で前記バイパス通路(19)を通過するように前記給湯用流水を循環させる凍結防止運転とを行うように、前記圧縮機(6)、前記水流路切替手段(20)および前記ウォータポンプ(4)を制御する制御装置(5)とを有することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 A hot water storage tank (2) for storing hot water supply water;
A compressor (6) that pressurizes and discharges the sucked refrigerant, a refrigerant pressurized by the compressor (6), and hot water supply water supplied from the hot water storage tank (2) via a flowing water pipe (3) The water heat exchanger (7) configured so that the flow direction of the refrigerant and the flow direction of the hot water supply are opposed to each other, and expansion for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the water heat exchanger (7) A heat pump cycle having a valve (8) and an air heat exchanger (9) for exchanging heat of the refrigerant decompressed by the expansion valve (8) with outside air;
A flowing water pipe (3) for circulating the hot water supply water between the hot water storage tank (2) and the water heat exchanger (7);
A water pump (4) provided in the flowing water pipe (3) for circulating the hot water supply water;
A bypass passage (19) for bypassing the hot water storage tank (2);
Water flow path switching means (20) for switching the flow path of the hot water supply water between the hot water storage tank (2) side and the bypass passage (19) side;
Water temperature detecting means (16, 17) for detecting the water temperature of the flowing water pipe (3);
Switching the water flow path switching means (20) to the hot water storage tank (2) side, operating the heat pump cycle and circulating the hot water supply water;
In a state where the normal cycle operation is stopped, when the water temperature detected by the water temperature detecting means (16, 17) becomes lower than a predetermined value, the heat pump cycle is set lower than that during the normal cycle operation. In addition to operating at the capacity, the anti-freezing operation of circulating the hot water running water so that the hot water running water heated by the water heat exchanger (7) passes through the bypass passage (19) with a small flow rate is performed. As described above, a heat pump type hot water heater having the compressor (6), the water flow path switching means (20), and a control device (5) for controlling the water pump (4).
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