JP2007155275A

JP2007155275A - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP2007155275A
Application number: JP2005354229A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Shibata; 悦雄柴田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-21
Also published as: CN101326407A; CN101326407B

Abstract

【課題】得られた温水を外部に供給して消費するだけでなく、その温水を暖房等に利用するヒートポンプ給湯機において、効率よく運転を行うことが可能なヒートポンプ給湯機を提供することである。
【解決手段】ヒートポンプ給湯機は、冷媒が循環する冷媒回路６と水が流通する流通路１０、１１、１２、１３を有する水回路とを備える。冷媒回路６は、圧縮機１、冷媒回路６の冷媒から水回路の水に熱を与える給湯用熱交換器２、絞り機構３、外気から冷媒回路６の冷媒に熱を与える空気熱交換器４、および、水回路の水から冷媒回路６の冷媒に熱を与える冷却用熱交換器５を順次、接続している。水回路は、貯湯タンク７、循環ポンプ８、冷却用熱交換器５、および、給湯用熱交換器２を順次、接続している。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的にはヒートポンプ給湯機に関し、特定的には得られた温水を外部に供給して消費するだけでなく、その温水を暖房等に利用するヒートポンプ給湯機に関するものである。

図２は、従来のヒートポンプ給湯機の構成を模式的に示す図である。

図２に示すように、従来のヒートポンプ給湯機は、圧縮機４１、給湯用熱交換器４２、絞り機構４３、空気熱交換器４４を順次、接続した冷媒回路４５と、貯湯タンク４６の下部から循環ポンプ４７、給湯用熱交換器４２を通過して貯湯タンク４６の上部に流入する水回路４８とを有している。ヒートポンプ給湯機の負荷側には、暖房用熱交換器５０を介した暖房機５２と、給湯口５４とが設けられている。

このように構成された従来のヒートポンプ給湯機の動作を説明する。

冷媒回路４５では、圧縮機４１から吐出された高温高圧の冷媒は、矢印で示される方向に流れ、給湯用熱交換器４２にて水に熱を与えた後、絞り機構４３によって減圧されて低温度になり、空気熱交換器４４にて空気より熱を吸収し、再び圧縮機４１に戻る。一方、水回路４８では、水は、矢印で示される方向に貯湯タンク４６の下部から循環ポンプ４７によって給湯用熱交換器４２に流れ、冷媒回路４５の冷媒より熱を吸収して高温度になった後、貯湯タンク４６の上部に流入して、貯湯タンク４６の上部に積層することにより、高温の水が貯湯タンク４６に貯められる。

負荷側では、給湯口５４を開くと、貯湯タンク４６の上部に貯められた高温の水は、給水口５５から水圧で貯湯タンク４６の下部に流入した水で押し出されることにより、矢印で示される方向に流れ、外部に供給される。暖房機５２側の水回路では、暖房用一次側循環ポンプ５１によって貯湯タンク４６の上部から流出した高温の水は、矢印で示される方向に流れ、暖房用熱交換器５０にて暖房用ブラインに熱を与えた後、貯湯タンク４６内の下部に流入する。一方、暖房用ブラインは、暖房用二次側循環ポンプ５３によって矢印で示される方向に循環され、暖房用熱交換器５０にて与えられた熱を暖房機５２にて放出して暖房を行う。

しかしながら、上述のように構成された従来のヒートポンプ給湯機では、以下に示す問題があった。

暖房運転を行った場合、貯湯タンク４６の上部から流出する高温の水は暖房用熱交換器５０にて放熱して１０〜２０℃程度温度が下がるが、相対的に温度の高い水が貯湯タンク４６の下部に流入する。一方、ヒートポンプサイクルの冷媒回路は、貯湯タンク４６の下部のやや温度の高い水を加熱することになり、低いＣＯＰ（成績係数）で運転することになる。たとえば、温度１５℃の水を６５℃まで加熱するときのＣＯＰは３〜４程度であるが、やや温度の高い温度４５℃の水を６５℃まで加熱するときのＣＯＰは１〜２程度になるので、かなり効率の悪い運転を行うことになるという問題があった。また、加熱される水の温度が高くなるに従い、ヒートポンプサイクルの冷媒回路にて圧縮機の吐出圧力が上がり過ぎるために運転ができないという問題もあった。

たとえば、特開２００４−２１１９８６号公報（特許文献１）には、ヒートポンプ給湯装置に内蔵され、タンク内の高温水と熱交換する熱交換手段である温水熱交換パイプを備えた温水暖房ユニット等を運転したときに生じる中温水を冷媒と熱交換し、効率よく湯の加熱を行うことを目的としたヒートポンプ給湯装置の構成が記載されている。このヒートポンプ給湯装置は、大気熱を冷媒に回収する大気熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプユニットと、加熱された湯を貯めるタンクと、タンク内の中温水を循環させ熱回収する熱回収手段である冷媒加熱用熱交換器と、タンク内の高温水と熱交換する熱交換手段である温水熱交換パイプとを備え、ヒートポンプユニットの熱回収手段として、大気熱を用いるか、タンク内の中温水を用いるかを切り換えるようにすることで、効率よく湯を加熱することを可能にしている。
特開２００４−２１１９８６号公報

しかしながら、上記の公報に記載されたヒートポンプ給湯装置を用いても、温水暖房ユニット等を運転したときに生じる問題を充分に解消することができず、効率よく運転を行うには限度があった。

そこで、この発明の目的は、得られた温水を外部に供給して消費するだけでなく、その温水を暖房等に利用するヒートポンプ給湯機において、効率よく運転を行うことが可能なヒートポンプ給湯機を提供することである。

この発明の一つの局面に従ったヒートポンプ給湯機は、冷媒が循環する冷媒回路と水が流通する水回路とを備える。冷媒回路は、圧縮機、冷媒回路の冷媒から水回路の水に熱を与える第１の熱交換器、絞り機構、外気から冷媒回路の冷媒に熱を与える第２の熱交換器、および、水回路の水から冷媒回路の冷媒に熱を与える第３の熱交換器を順次、接続している。水回路は、貯湯タンク、循環ポンプ、第３の熱交換器、および、第１の熱交換器を順次、接続している。

また、この発明のもう一つの局面に従ったヒートポンプ給湯機は、冷媒が循環する冷媒回路と水が流通する水回路とを備える。冷媒回路は、圧縮機、冷媒回路の冷媒から水回路の水に熱を与える第１の熱交換器、絞り機構、外気から冷媒回路の冷媒に熱を与える第２の熱交換器、および、水回路の水から冷媒回路の冷媒に熱を与える第３の熱交換器を順次、接続している。水回路は、第１の水回路と第２の水回路とを含む。第１の水回路は、貯湯タンク、循環ポンプ、第１の水回路と第２の水回路との間で流通路を切り換えるための切換弁、および、第１の熱交換器を順次、接続している。第２の水回路は、貯湯タンク、循環ポンプ、切換弁、第３の熱交換器、および、第１の熱交換器を順次、接続している。

この発明のもう一つの局面に従ったヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクから流出する水の温度を検知する水温検知手段をさらに備える。水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも高いとき、切換弁によって流通路を第２の水回路に切り換える。

また、この発明のもう一つの局面に従ったヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクから流出する水の温度を検知する第１の水温検知手段と、第１の熱交換器に流入する水の温度を検知する第２の水温検知手段とをさらに備える。第１の水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも高いとき、切換弁によって流通路の少なくとも一部を第２の水回路に切り換える。第２の水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも低いとき、第１の水回路への流量が多くなるように切換弁を制御する。第２の水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも高いとき、第２の水回路への流量が多くなるように切換弁を制御する。

以上のように、この発明によれば、貯湯タンクから流出するやや温度が高い水を加熱する場合に、貯湯タンクから流出して水回路を流通する水は第３の熱交換器にて冷媒回路の冷媒によって冷却された後に、第１の熱交換器にて冷媒回路の冷媒によって加熱され、一方、冷媒回路の冷媒は第２の熱交換器にて外気によって加熱された後に、さらに第３の熱交換器にて水回路の水によって加熱されるので、ヒートポンプサイクルの冷媒回路における圧縮機の吐出圧力を過度に上昇させることなく、ヒートポンプ給湯機を運転することができるとともに、ＣＯＰを低下させることなく、ヒートポンプ給湯機を効率よく運転することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

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模式的に示す図である。

図１を参照して、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成を説明する。

ヒートポンプ給湯機は、冷媒が循環する冷媒回路６と、水が流通する水回路として、流通路２５、１２、１３を有する第１の水回路と、流通路１０、１１、１２、１３を有する第２の水回路とを備えている。

冷媒回路６は、圧縮機１、第１の熱交換器としての給湯用熱交換器２、絞り機構３、第２の熱交換器としての空気熱交換器４、第３の熱交換器としての冷却用熱交換器５を順次、接続している。流通路１２では、水が貯湯タンク７の下部から循環ポンプ８、流路切換弁９を経て給湯用熱交換器２に流れる。流通路１０と１１では、水が貯湯タンク７の下部から循環ポンプ８、流路切換弁９を経て冷却用熱交換器５を通じて給湯用熱交換器２に流れる。流通路１３では、給湯用熱交換器２を通過した水が貯湯タンク７の上部に流れる。

貯湯タンク７から流出する水の温度を検知する第１の水温検知手段としてタンク出口温度センサ１４が貯湯タンク７と循環ポンプ８の間に設けられている。給湯用熱交換器２に流入する水の温度を検知する第２の水温検知手段として給湯用熱交換器入口温度センサ１５が設けられている。給湯用熱交換器２から流出する水の温度を検知する第３の水温検知手段として給湯用熱交換器出口温度センサ１６が設けられている。

また、給湯タンク７には、その上部に給湯口１７が設けられ、その下部には給水口１８が設けられている。さらに、給湯タンク７内の水を暖房に利用するために暖房一次側循環回路２１と暖房二次側循環回路２４が構成されている。暖房一次側循環回路２１は、暖房用一次側循環ポンプ１９と暖房用熱交換器２０とを順次接続している。暖房二次側循環回路２４は、暖房用熱交換器２０、暖房用二次側循環ポンプ２２、および、暖房機２３を順次接続している。暖房機２３は床暖房パネル、輻射パネル、温風機等の形態で構成される。暖房二次側循環回路２４にはブラインまたは水が循環する。

このように構成されたヒートポンプ給湯機の動作について説明する。

冷媒回路６では、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、実線の矢印で示される方向に流れ、給湯用熱交換器２にて水に熱を与えた後、絞り機構３で減圧されて低温度になる。その後、低温度の冷媒は、空気熱交換器４にて空気から熱を吸収した後、冷却用熱交換器５を通り、再び圧縮機１に戻る。冷却用熱交換器５では、第２の水回路を構成する流通路１０に水が流れているときは、冷媒回路６の冷媒は水からも熱を吸収する。

貯湯タンク７の下部に貯められた水の温度が給水口１８から供給される水の温度とほぼ同じ場合には、すなわち、タンク出口温度センサ１４の検知温度が設定温度（たとえば３５℃）より低い場合には、貯湯タンク７の下部から循環ポンプ８によって流出されるタンクの水は、実線の矢印で示される方向に流路切換弁９によって流通路２５側に流れ、給湯用熱交換器２を通過して冷媒より吸熱して高温になった後、貯湯タンク７の上部に流入して、貯湯タンク７の上部に積層することにより、高温の水が貯湯タンク７に貯められる。なお、このとき、循環ポンプ８の循環水量を増減して、給湯用熱交換器出口温度センサ１６が設定された給湯温度になるようにヒートポンプ給湯機を制御し、また、圧縮機１の回転数を増減して加熱能力が所定能力になるようにヒートポンプ給湯機を制御する。

負荷側では、給湯口１７を開くと、給水口１８から水圧で貯湯タンク７の下部に流入した水で押し出されることにより、貯湯タンク７の上部から矢印で示される方向に高温の水が流出する。また、給湯タンク７内の水を暖房に利用するために、暖房用一次循環ポンプ１９によって貯湯タンク７の上部から流出した高温の水が、実線の矢印で示される方向に流れ、暖房用熱交換器２０を流れる暖房用ブラインに熱を与えた後に貯湯タンク７の下部に流入する。一方、暖房用ブラインは、暖房用二次側循環ポンプ２２によって実線の矢印で示される方向に循環され、暖房用熱交換器２０で与えられた熱を暖房機２３にて室内に放出することにより暖房を行う。この際に、暖房用熱交換器２０にて暖房用ブラインに熱を与えた後で貯湯タンク７の下部に流入する水の温度は、給湯温度より１０〜２０℃程度下がった温度であるが、給水口１８から供給される水の温度よりも高めで、たとえば、４５℃程度である。

上記のように給湯タンク７内の水を暖房に利用すると、タンク出口温度センサ１４の検知温度が設定温度（たとえば３５℃）を超える場合、貯湯タンク７の下部から循環ポンプ８によって流出したタンクの水は、点線の矢印で示される方向に流路切換弁９によって流通路１０側に流れ、冷却用熱交換器５にて冷媒に熱を与えて温度が下げられる。その後、温度が下げられた水は、点線の矢印で示される方向に流れ、給湯用熱交換器２を通過して冷媒より吸熱して高温になった後、貯湯タンク７の上部に流入して、貯湯タンク７の上部に積層することにより、高温の湯が貯湯タンク７に貯められる。なお、このときも、循環ポンプ８の循環水量を増減して、給湯用熱交換器出口温度センサ１６が設定された給湯温度になるようにヒートポンプ給湯機を制御し、また、圧縮機１の回転数を増減して加熱能力が所定能力になるようにヒートポンプ給湯機を制御する。

次に、本発明の第２の実施形態におけるヒートポンプ給湯機を説明する。ヒートポンプ給湯機の構成は第１の実施形態と同様である。第２の実施形態におけるヒートポンプ給湯機の動作について説明する。

冷媒回路６では、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、実線の矢印で示される方向に流れ、給湯用熱交換器２にて水に熱を与えた後、絞り機構３で減圧されて低温度になる。その後、低温度の冷媒は、空気熱交換器４より空気から熱を吸収した後、冷却用熱交換器５を通り、再び圧縮機１に戻る。冷却用熱交換器５では、流通路１０側に水が流れているときは、冷媒回路６の冷媒は水からも熱を吸収する。

貯湯タンク７の下部に貯められた水の温度が給水口１８から供給される水の温度とほぼ同じ場合には、すなわち、タンク出口温度センサ１４の検知温度が設定温度（たとえば３５℃）より低い場合には、貯湯タンク７の下部から循環ポンプ８によって流出したタンクの水は、実線の矢印で示される方向に流路切換弁９によって流通路２５側に流れ、給湯用熱交換器２を通過して冷媒より吸熱して高温になる。その後、高温の水は、実線の矢印で示される方向に貯湯タンク７の上部に流入して、貯湯タンク７の上部に積層することにより、高温の湯が貯湯タンク７に貯められる。なお、このときも、循環ポンプ８の循環水量を増減して、給湯用熱交換器出口温度センサ１６が設定された給湯温度になるようにヒートポンプ給湯機を制御し、また、圧縮機１の回転数を増減して加熱能力が所定能力になるようにヒートポンプ給湯機を制御する。

また、第１の実施形態と同様に給湯タンク７内の水を暖房に利用すると、タンク出口温度センサ１４の検知温度が設定温度（たとえば３５℃）を超える場合、貯湯タンク７の下部から循環ポンプ８によって流出したタンクの水は、点線の矢印で示される方向に流路切換弁９によって流通路１０側に少なくとも一部が流れ、冷却用熱交換器５にて冷媒に熱を与えて温度が下げられる。その後、温度が下げられた水は、点線の矢印で示される方向に流れて、流路切換弁９を経て直接、流通路２５側に流れる水と合流した後、給湯用熱交換器２を通過して冷媒より吸熱して高温になる。高温の水は、実線の矢印で示される方向に貯湯タンク７の上部に流入して、貯湯タンク７の上部に積層することにより、高温の水が貯湯タンク７に貯められる。

このとき、給湯用熱交換器入口温度センサ１５の温度を検知し、その温度が設定温度より低い場合には、流通路２５側への流量割合が多くなるように流路切換弁９を制御し、その温度が設定温度より高い場合には、流通路１０側への流量割合が多くなるように流路切換弁９を制御する。なお、このときも、循環ポンプ８の循環水量を増減して、給湯用熱交換器出口温度センサ１６が設定された給湯温度になるようにヒートポンプ給湯機を制御し、また、圧縮機１の回転数を増減して加熱能力が所定能力になるようにヒートポンプ給湯機を制御する。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、暖房運転等を行うことにより、貯湯タンクの下部に貯められた被加熱対象の水の温度が高くなった場合でも、ヒートポンプサイクルを運転することができ、また、ヒートポンプサイクルの吐出圧力を下げることにより、ＣＯＰを向上させることができる。

なお、本発明のヒートポンプ給湯機は、負荷側に暖房機を配置する場合だけでなく、風呂の追い焚き装置等の、給水を伴わないで、すなわち、温水を外部に供給して消費しないで、貯湯された温水を利用する種々の装置にも同様に適用することができる。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機を模式的に示す図である。従来のヒートポンプ給湯機の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１：圧縮機、２：給湯用熱交換器、３：絞り機構、４：空気熱交換器、５：冷却用熱交換器、６：冷媒回路、７：貯湯タンク、８：循環ポンプ、９：流路切換弁、１０，１１，１２，１３，２５：流通路、１４：タンク出口温度センサ、１５：給湯用熱交換器入口温度センサ。

Claims

冷媒が循環する冷媒回路と水が流通する水回路とを備え、
前記冷媒回路は、圧縮機、前記冷媒回路の冷媒から前記水回路の水に熱を与える第１の熱交換器、絞り機構、外気から前記冷媒回路の冷媒に熱を与える第２の熱交換器、および、前記水回路の水から前記冷媒回路の冷媒に熱を与える第３の熱交換器を順次、接続し、
前記水回路は、貯湯タンク、循環ポンプ、前記第３の熱交換器、および、前記第１の熱交換器を順次、接続している、ヒートポンプ給湯機。
冷媒が循環する冷媒回路と水が流通する水回路とを備え、
前記冷媒回路は、圧縮機、前記冷媒回路の冷媒から前記水回路の水に熱を与える第１の熱交換器、絞り機構、外気から前記冷媒回路の冷媒に熱を与える第２の熱交換器、および、前記水回路の水から前記冷媒回路の冷媒に熱を与える第３の熱交換器を順次、接続し、
前記水回路は、第１の水回路と第２の水回路とを含み、
前記第１の水回路は、貯湯タンク、循環ポンプ、前記第１の水回路と前記第２の水回路との間で流通路を切り換えるための切換弁、および、前記第１の熱交換器を順次、接続し、
前記第２の水回路は、貯湯タンク、循環ポンプ、前記切換弁、前記第３の熱交換器、および、前記第１の熱交換器を順次、接続している、ヒートポンプ給湯機。
前記貯湯タンクから流出する水の温度を検知する水温検知手段を備え、
前記水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも高いとき、前記切換弁によって流通路を前記第２の水回路に切り換える、請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。
前記貯湯タンクから流出する水の温度を検知する第１の水温検知手段と、
前記第１の熱交換器に流入する水の温度を検知する第２の水温検知手段とを備え、
前記第１の水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも高いとき、前記切換弁によって流通路の少なくとも一部を前記第２の水回路に切り換え、
前記第２の水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも低いとき、前記第１の水回路への流量が多くなるように前記切換弁を制御し、前記第２の水温検知手段によって検知された水の温度が設定温度よりも高いとき、前記第２の水回路への流量が多くなるように前記切換弁を制御する、請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。