JP2008224070A - Heat pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ方式のヒートポンプ給湯機に関するものであり、特に給湯水の加熱運転に際して、給湯水の加熱運転を行いながら、除霜運転を行うことができるヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump type heat pump water heater, and more particularly to a heat pump water heater capable of performing a defrosting operation while performing a hot water heating operation during a hot water heating operation.
従来、給湯機としては、ガスや石油を燃料として用い、その燃焼熱で水道水を加熱する給湯機が使用されてきた。 Conventionally, hot water heaters that use gas or petroleum as fuel and heat tap water with the combustion heat have been used as hot water heaters.
これらは、速湯性に優れているという利点がある半面、ガス、石油といった燃料が必要でその供給が不可欠であること、燃焼後の排気ガスが大気に放出され大気汚染を招くこと、燃焼時の音が大きいことなどの課題があった。 These have the advantage of being excellent in hot water properties, but on the other hand, fuel such as gas and oil is necessary and its supply is indispensable, exhaust gas after combustion is released into the atmosphere, causing air pollution, There were problems such as loud sounds.
特に近年増えている、エネルギー源を全て電気で行うというオール電化の住宅やマンションでは、燃料を供給する方法がないため、使用できないケースも増えてきている。 Especially in all-electric houses and condominiums where all energy sources are electricity, which has been increasing in recent years, there is no way to supply fuel, so there are more cases where it cannot be used.
そこで、貯湯タンクを備えた貯湯式のヒートポンプ式給湯機が開発されている。これは、燃焼による給湯機の問題を解決し、オール電化の住宅、マンションでも新たなインフラ整備を必要としないで手軽に設置することができ、ヒートポンプ式であるため、入力に対する能力は3倍以上確保することが可能となり、熱効率が良く、運転に際しては安価な深夜電力を用いて、貯湯タンクに高温の湯を貯めることが可能となり、ランニングコストも安価となるなどと言う特長を持ち、徐々に普及してきている。 Accordingly, a hot water storage type heat pump type hot water heater equipped with a hot water storage tank has been developed. This solves the problem of hot water heaters due to combustion, and can be installed easily in all-electric homes and condominiums without the need for new infrastructure development. It is possible to ensure high thermal efficiency, and it is possible to store hot water in a hot water storage tank using inexpensive late-night power for operation, and the running cost is gradually reduced. It has become widespread.
このような給湯機として、図4とともに説明する。 Such a water heater will be described with reference to FIG.
このヒートポンプ式給湯機は、図4に示すように、給湯サイクル71と冷媒サイクル72を備え、それぞれ別の本体ユニットである。給湯サイクル71を含む貯湯ユニットと冷媒サイクル72を含むヒートポンプユニットの二箱に入れられている。
As shown in FIG. 4, the heat pump hot water heater includes a hot
この給湯サイクル71は、底壁に設けられた給水口73と上壁に設けられた給湯口74を有する貯湯タンク75と、水熱交換路76と、水循環用ポンプ77とを備え、水熱交換路76と水循環用ポンプ77が、貯湯タンク75の取水口78と湯入口79とを連結する循環路80に介設されている。
This hot
また、冷媒サイクル72は、圧縮機81と、熱交換路76を構成する水−冷媒熱交換器82と、減圧機構83と、冷媒蒸発器である空気−冷媒熱交換器84とを順に冷媒通路85で接続して構成する冷媒サイクルを備える。
In addition, the
更に、給湯サイクル71と冷媒サイクル72は、室外側に配設されている連絡配管86,87にて連結される。そして、給水口73から給水し、水循環用ポンプ77にて循環路78に流出させた低温水を水−冷媒熱交換器82(即ち、水熱交換路76)で沸き上げ、給湯口74から出湯する構成となっている(例えば、特許文献1参照)。
Further, the hot
そして、このヒートポンプ給湯機は、夜間の安価な電力を利用してエネルギー効率の良い冷媒サイクル(ヒートポンプ回路)72を運転し、貯湯タンク75内の水を水順間ポンプ77で循環させながら水−冷媒熱交換器82で所定の湯温になるまで温め、所定の湯温に達したことを検知して、冷媒サイクル72の運転を停止するようにしている。
This heat pump water heater operates an energy efficient refrigerant cycle (heat pump circuit) 72 using inexpensive electric power at night, and circulates water in the hot
通常給湯口74で湯を使用する際には、貯湯タンク75内の湯温より低温の水道水と混合して、使用者の所望する適切な温度にして、温水を供給することになるので、貯湯タンク75に貯湯する湯の温度はできるだけ高くする方が良く、それにより温度を下げるために加える水道水の量を多くして、貯湯タンク75から取り出す湯の量を少なくするようにして、湯切れなどの不具合が生じにくいようにしている。
When hot water is used at the normal hot
ただし、この冷媒サイクルにおいて、初冬などの外気温度が低く、比較的多湿の環境下で運転を行うと、外気と熱交換する冷媒蒸発器である空気−冷媒熱交換器84に着霜が発生するため、着霜した霜を取り除くための除霜運転が必要となる。その除霜方法としては、いわゆるホットガスバイパス方式と呼ばれているもの(例えば、特許文献2参照)と共に、図5に示すような、冷媒サイクルに冷媒加熱手段を設けると共に、除霜運転時に冷媒加熱手段にて冷媒の加熱を行うことにより、除霜を行うものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
However, in this refrigerant cycle, when the outside air temperature is low, such as in early winter, and operation is performed in a relatively humid environment, frost formation occurs in the air-
これは、冷媒サイクル72の低圧側に冷媒加熱ヒータ88を設けるとともに、制御装置89は、除霜運転時に冷媒加熱ヒータ88にて冷媒の加熱を行っている。水−冷媒熱交換器82の熱容量によって初期的には高温冷媒が温度低下してしまい除霜能力が十分確保されない場合があるが、そこでこの高温側からの冷媒の熱エネルギーに加え、低圧側に冷媒加熱ヒータ88などの冷媒加熱手段を設けて、冷媒を直接加熱することにより、除霜能力を格段に向上させて除霜時間を短縮しようというものである。
しかしながら、上記特許文献1、特許文献2の構成では、冷媒サイクル72の空気−冷媒熱交換器84に着霜した場合には、除霜するまでに多くの時間を要することとなり、貯湯タンク75の残湯量が減じたい際に、除霜運転に入った場合は、貯湯タンク75から給湯できないために、給湯運転を停止せざるを得ないという課題を有している。
However, in the configurations of
また、特許文献3の構成でも同様に、除霜運転に入ると、減圧機構83である電動膨張弁をほぼ全開とし、さらに水循環用ポンプ77を停止させ、水熱交換器82での熱交換を抑える。それから圧縮機81の回転数を調整する。それにより、高温のままの冷媒が減圧装置83で減圧されて、空気熱交換器(蒸発器)へ送られ、除霜が行われる。
Similarly, in the configuration of
その際に、冷媒加熱ヒータ88で冷媒を加熱して、除霜能力を高めているものである。
In that case, the refrigerant | coolant is heated with the refrigerant |
ところが、水熱交換器82での熱交換を抑えるために、水循環ポンプ77を停止させているために、貯湯タンク75の残湯量が減じた際に、除霜運転に入った場合は、貯湯タンク75から給湯できないために、給湯運転を停止せざるを得ないという課題を有している。
However, in order to suppress heat exchange in the
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、冷媒サイクルが簡易なバイパス回路で構成でき、除霜を短時間で行うことができるとともに、貯湯タンクの残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施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。 The present invention solves such a conventional problem, and the refrigerant cycle can be configured with a simple bypass circuit, defrosting can be performed in a short time, and the amount of remaining hot water in the hot water storage tank is considerably reduced. Even in this case, an object is to provide a heat pump water heater capable of performing the defrosting operation while continuing the hot water supply operation.
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、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記圧縮機と前記放熱器の間と、前記減圧手段と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第1バイパス回路と、前記減圧手段と前記放熱器の間と、前記圧縮機と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第2バイパス回路を設け、前記第1バイパス回路には第1二方弁を設け、前記第2バイパス回路には第2二方弁と、ヒータにより加熱する冷媒加熱装置を直列に設け、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記第1バイパス回路の二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第1バイパス回路運転運転させ、その後に、前記第2バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第2バイパス回路運転を行うことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a heat pump water heater of the present invention is a heat pump type in which a compressor, a radiator, a decompression unit, and an air-refrigerant heat exchanger are sequentially connected to form a closed circuit and the refrigerant is circulated. A first bypass connecting the refrigerant cycle, a water-refrigerant heat exchanger for exchanging heat with the radiator, the compressor and the radiator, and the pressure reducing means and the air-refrigerant heat exchanger. A circuit, a second bypass circuit for connecting the decompression means and the radiator, and between the compressor and the air-refrigerant heat exchanger are provided, and the first bypass circuit includes a first two-way valve. The second bypass circuit is provided with a second two-way valve and a refrigerant heating device heated by a heater in series, and when the air-refrigerant heat exchanger is defrosted, Open the two-way valve to cool the air-refrigerant heat exchanger. A second bypass circuit for operating the first bypass circuit for allowing the refrigerant to pass, and then opening the two-way valve of the second bypass circuit to flow the refrigerant heated by the refrigerant heating device to the suction side of the compressor It is characterized by driving.
本発明によれば、冷媒サイクルが簡易なバイパス回路で構成でき、除霜を短時間で行うことができるとともに、貯湯タンクの残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施することができ、使用者に対して、使用継続性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できると共に、湯切れの心配がなくなるので貯湯タンクの容量を小さくすることが可能となり、コンパクトな本体構成とすることができる。 According to the present invention, the refrigerant cycle can be configured with a simple bypass circuit, defrosting can be performed in a short time, and even when the amount of remaining hot water in the hot water storage tank is considerably reduced, while continuing the hot water supply operation, A defrosting operation can be performed, and a heat pump water heater with excellent continuity of use can be provided to the user, and the capacity of the hot water storage tank can be reduced because there is no fear of running out of hot water. The main body configuration can be obtained.
第1の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記圧縮機と前記放熱器の間と、前記減圧手段と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第1バイパス回路と、前記減圧手段と前記放熱器の間と、前記圧縮機と前記空気−冷媒熱交換器の間を連結する第2バイパス回路を設け、前記第1バイパス回路には第1二方弁を設け、前記第2バイパス回路には、第2二方弁と、冷媒加熱装置を直列に設けたことを特徴とするものである。 In the first invention, a compressor, a radiator, a decompression means, and an air-refrigerant heat exchanger are sequentially connected to form a closed circuit, and a heat pump type refrigerant cycle for circulating the refrigerant and heat exchange with the radiator are performed. A water-refrigerant heat exchanger; a first bypass circuit connecting between the compressor and the radiator; a pressure reducing means and the air-refrigerant heat exchanger; and between the pressure reducing means and the radiator. And a second bypass circuit that connects between the compressor and the air-refrigerant heat exchanger, a first two-way valve is provided in the first bypass circuit, and a second bypass circuit is provided in the second bypass circuit. The two-way valve and the refrigerant heating device are provided in series.
これにより、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記第1バイパス回路の二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第1バイパス回路運転運転と共に、前記第2バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第2バイパス回路運転を行うことが可能となり、給湯運転を行ないながら除霜運転を実施することができる。 Thereby, when performing defrosting of the air-refrigerant heat exchanger, the first bypass circuit operation operation of opening the two-way valve of the first bypass circuit and allowing the refrigerant to pass through the air-refrigerant heat exchanger. At the same time, it is possible to perform the second bypass circuit operation in which the two-way valve of the second bypass circuit is opened and the refrigerant heated by the refrigerant heating device flows to the suction side of the compressor, and the hot water supply operation is performed. The defrosting operation can be carried out.
そのため、貯湯タンクの残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施できることにより、貯湯タンクの容量を小さくすることが可能となり、ひいては筐体を小さくすることにより、設置性の大幅な向上を図ることができる。また、冷媒サイクル中全体冷媒の一部を除霜用に利用することにより、冷媒加熱装置に極端に多くの冷媒が流れないことから、冷媒加熱装置をコンパクトにすることができ、合理化を図ることができる。 Therefore, even when the amount of hot water remaining in the hot water storage tank is considerably reduced, it is possible to reduce the capacity of the hot water storage tank by reducing the capacity of the hot water storage tank by allowing the defrosting operation to be performed while continuing the hot water supply operation. Thus, it is possible to greatly improve the installation property. Also, by utilizing a part of the whole refrigerant for the defrosting during the refrigerant cycle, an extremely large amount of refrigerant does not flow to the refrigerant heating device, so that the refrigerant heating device can be made compact and rationalized. Can do.
第2の発明は、第1の発明のヒートポンプ給湯機において、前記空気−冷媒熱交換器の除霜を行う際には、前記圧縮機の回転数を可変しつつ、前記第1バイパス回路の第1二方弁を開放して前記空気−冷媒熱交換器に冷媒を通過させる第1バイパス回路運転運転を行い、その後、任意の時間後に、前記第2バイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱装置で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第2バイパス回路運転を行う運転をすることを特徴とするものである。 According to a second invention, in the heat pump water heater of the first invention, when the air-refrigerant heat exchanger is defrosted, the number of rotations of the compressor is changed, and the first bypass circuit of the first bypass circuit is changed. 1 open the two-way valve to perform the first bypass circuit operation operation of passing the refrigerant through the air-refrigerant heat exchanger, and then open the two-way valve of the second bypass circuit after an arbitrary time, An operation is performed to perform a second bypass circuit operation in which the refrigerant heated by the refrigerant heating device flows to the suction side of the compressor.
この構成により、第1のバイパス回路と第2のバイパス回路の二方弁を開放にすると圧縮機の吸入側の圧力が急上昇して、冷媒循環量が増し、圧縮機のオイルが多く吐出してしまうこのときに、第2バイパス回路の二方弁を開放にする運転を一定時間遅らせて、動作させることで、圧縮機の吸入側の低圧上昇を抑え、オイル吐出を最小限にすることで圧縮機の信頼性を高くすることもでき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることもできる。 With this configuration, when the two-way valve of the first bypass circuit and the second bypass circuit is opened, the pressure on the suction side of the compressor rises rapidly, the refrigerant circulation amount increases, and a lot of compressor oil is discharged. At this time, the operation to open the two-way valve of the second bypass circuit is delayed for a certain period of time to operate, thereby suppressing the increase in the low pressure on the suction side of the compressor and compressing the oil by minimizing oil discharge. The reliability of the machine can also be increased, and a heat pump water heater excellent in durability can be obtained.
第3の発明は、第1あるいは第2の発明のヒートポンプ給湯機において、冷媒加熱装置は、電熱線を用いたヒータとしたことを特徴とするものであり、配管構成を簡素化でき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。 A third invention is characterized in that, in the heat pump water heater of the first or second invention, the refrigerant heating device is a heater using a heating wire, the piping configuration can be simplified, and the durability is improved. It can be set as the heat pump water heater excellent in.
第4の発明は、第1〜第3の発明のヒートポンプ給湯機において、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水は、貯湯タンクに貯湯されると共に、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水できるようにも構成したことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat pump water heater of the first to third aspects, the hot water heated by the water-refrigerant heat exchanger is stored in a hot water storage tank, and without passing through the hot water storage tank. It is also characterized by being configured to allow direct water flow.
この構成により、水−冷媒熱交換器で暖められた水道水は、貯湯タンクに給湯することができるとともに、一方で貯湯タンクを介さずに蛇口やシャワー等の給湯端末へ直接通水されるので、速湯性に優れ、使い勝手が良く、湯切れの心配もないヒートポンプ給湯機を提供することができる。 With this configuration, the tap water heated by the water-refrigerant heat exchanger can supply hot water to the hot water storage tank and, on the other hand, directly passes through the hot water supply terminal such as a faucet or shower without passing through the hot water storage tank. Therefore, it is possible to provide a heat pump water heater that has excellent quick hot water properties, is easy to use, and does not worry about running out of hot water.
また、運転立ち上がり当初は貯湯タンクから給湯し、圧縮機が最適運転周波数になった後には、ダイレクトに給湯するという瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機とすることが可能となり、使用性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。そして、その際に、給湯運転しながら除霜運転ができることにより、たとえ貯湯タンクの残湯量が減じたときでも、連続で給湯運転が可能となり、使用性を大幅に向上させることができる。 In addition, it is possible to provide an instantaneous water pump type heat pump water heater in which hot water is supplied from a hot water storage tank at the beginning of operation and the compressor reaches the optimal operating frequency, and the hot water supply is excellent in usability. Can be a machine. At that time, by performing the defrosting operation while performing the hot water supply operation, even when the amount of remaining hot water in the hot water storage tank is reduced, the hot water supply operation can be continuously performed, and usability can be greatly improved.
第5の発明は、第1〜第4の発明のヒートポンプ給湯機において、前記ヒートポンプ式冷媒サイクルと、水−冷媒熱交換器と接続され、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と、水道水を供給する入水管と、加熱された温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管を備えた給湯サイクルを一体の筐体としたことを特徴とするものである。 According to a fifth invention, in the heat pump water heater of the first to fourth inventions, hot water stored in the water-refrigerant heat exchanger connected to the heat pump refrigerant cycle and the water-refrigerant heat exchanger is stored as hot water. A hot water storage tank, a water supply pipe for supplying tap water, and a hot water supply cycle having a hot water supply pipe connected so as to pass heated hot water to a hot water supply terminal. is there.
この構成により、前記冷媒加熱部と貯湯タンクを近接させることができ、熱損失を減じたままで、効率よく蓄熱体に蓄熱させることが可能となり、省エネ性の向上を図ることができる。 With this configuration, the refrigerant heating unit and the hot water storage tank can be brought close to each other, heat can be efficiently stored in the heat storage body while reducing heat loss, and energy saving can be improved.
第6の発明は、第1〜第5のいずれかの発明のヒートポンプ給湯機において、冷媒として炭酸ガスを用いて構成したものあり、この構成により、高温給湯の際の熱効率を高めるとともに、冷媒が外部に漏れても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているR−410Aの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しく、リサイクル性にも優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the heat pump water heater of any one of the first to fifth aspects of the present invention, carbon dioxide gas is used as a refrigerant. With this configuration, the thermal efficiency during high-temperature hot water supply is increased, and the refrigerant Even if it leaks to the outside, the effect on global warming can be greatly reduced compared to the R-410A refrigerant used in general air conditioners, and it is environmentally friendly and heat recyclable. It can be a water heater.
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回路構成図を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、一体の筐体であるヒートポンプ給湯機本体ユニット1内に冷媒サイクル2および貯湯タンク17を含む給湯サイクル3を収納している。
As shown in FIG. 1, the heat pump water heater of the present embodiment accommodates a hot
冷媒サイクル2には、ヒートポンプ給湯機本体ユニット1内部に配設された圧縮機4と、放熱器5と、例えば電動膨張弁から成る減圧手段6と、冷媒蒸発器である空気−冷媒熱交換器7とが冷媒配管8で環状に接続されて構成されている。
The
また、空気−冷媒熱交換器7に風を当て、蒸発能力を高めるための送風ファン9が設けられている。そして、圧縮機4と放熱器5との間の配管8aと、減圧手段6と空気−冷媒熱交換器7の配管8bを連結する第1バイパス回路11が配されている。そして、この第1バイパス回路11の中途には、第1二方弁12が設けられている。また、圧縮機4と空気−冷媒熱交換器7の間の配管8cと、放熱器5と減圧手段6の間の配管8dを連結する第2バイパス回路13が設けられており、この第2バイパス回路13の中途には、圧縮機4に近い方に冷媒加熱装置14と、第2二方弁15が設けられている。そして、冷媒加熱装置14は、第2バイパス回路13の配管13aを螺旋状にした13bを設け、その螺旋状13bの外周を覆うようなアルミ鋳物を設け、螺旋状13bの近傍部にヒータ14aを配した構成となっている。
In addition, a
一方、給湯サイクル3は、放熱器5と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器16(例えば、放熱器5と一体形状となっている二重管構造の熱交換器)と、水−冷媒熱交換器16にて得た温水を貯める貯湯タンク17と、貯湯タンク17や水−冷媒熱交換器16に水道水を入水する入水管18と、貯湯タンク17や水−冷媒熱交換器16から温水を蛇口19aやシャワー19bの給湯端末に給湯する給湯管20と、貯湯タンク17内の低温の水を送水する給湯循環水ポンプ21から構成されている。タンク入水管22は、入水管18から水道水を貯湯タンク17に送る配管である。水道水供給管23は、入水管18から放熱器5(水−冷媒熱交換器16)に水道水を直接供給する配管である。
On the other hand, the hot
熱交給水管24は、貯湯タンク17から水−冷媒熱交換器16に、給湯循環水ポンプ21の運転により、貯湯タンク17内の下方に貯まった低温水を送る配管であり、貯湯管25は、水−冷媒熱交換器16で暖めた水道水を、貯湯タンク17や、元混合弁26に送る配管であり、貯湯タンク側配管25aの途中には貯湯三方弁27が設けられている。
The heat exchange
また、タンク給湯管28は貯湯タンク17から高温水(通常は60℃〜90℃)を元混合弁26へ給湯する配管であり、元混合弁26は、貯湯管25(元混合弁側配管25b)とタンク給湯管28とから来る温水や水を混合させる弁である。また、給湯混合弁29は、元混合弁26を通過した温水と、入水管18から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得、蛇口19aやシャワー19bに供給する弁である。
The tank hot
そして、給湯混合弁29にて最適温度となった温水が、給湯管20を介して、蛇口19aやシャワー19bに給湯されるのである。
Then, the hot water that has reached the optimum temperature in the hot water
同じく元混合弁26を通過した温水と、入水管18から供給される水道水は、風呂注湯混合弁30で混合され、適切な給湯温度を得、風呂31に注湯する弁である。風呂注湯混合弁30にて最適温度となった温水が、風呂注湯管32を介し、逆流防止弁32aを通過して、風呂31に注湯され、風呂に湯をはることになる。
Similarly, the hot water that has passed through the
風呂注湯混合弁30から風呂31へと湯が向かう際には風呂熱交換器33を通過することになる。風呂熱交換器33は、風呂31内の湯を追炊きする際に用いる熱交換器であり、風呂31から、浴槽出湯管34aを介して、風呂循環水ポンプ35で風呂から湯を引き込み、その湯と、貯湯タンク17から追炊きポンプ36で引き込んだ貯湯タンク17内の高温水とを熱交換して、浴槽入湯管34bで風呂へ戻すことにより、風呂31の温度を一定に保つ保温運転や、風呂31の湯量を足さなくても湯温を上昇させる追炊き運転を行う。つまり、風呂熱交換器33は、水−水熱交換器となっているわけである。
When hot water flows from the bath pouring hot
また、入水流量計37は、入水流量を測定する計器であり、給湯流量計38は給湯流量を測定する計器である。排出弁39は、寒冷地等にて長期間使用しない場合に、凍結防止等でタンク内の水を抜くために用いる弁であり、40aは貯湯タンク17の圧力逃がし弁、40bは貯湯タンク17の缶体保護弁である。
The incoming
以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ給湯機の動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the heat pump water heater will be described based on the drawings.
通常の運転を開始する際には、第1バイパス回路11の第1二方弁12と、第2バイパス回路13の第2二方弁15は閉じている。圧縮機4が起動し、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器5(水−冷媒熱交換器16)に送られ、水道水供給管23を通ってきた水道水と熱交換して放熱する。これにより、貯湯管25、元混合弁26に流れる水道水は高温に加熱される。
When starting normal operation, the first two-
放熱器5(水−冷媒熱交換器16)から流出する冷媒は、減圧手段6にて減圧膨張され、空気−冷媒熱交換器7に送られ、送風ファン9にて送られた空気と熱交換して、空気−冷媒熱交換器7を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度圧縮機4に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、徐々に加熱された水道水は、元混合弁側配管25b、元混合弁26を通り、蛇口19a、シャワー19bに給湯したり、風呂31に注湯されたりする。
The refrigerant flowing out of the radiator 5 (water-refrigerant heat exchanger 16) is decompressed and expanded by the decompression means 6, sent to the air-
その際に、冷媒サイクル2は立ち上がりが遅く、速湯性に劣っているため、貯湯タンク17によってその立ち上がりの悪さを補っている。すなわち、冷媒サイクル2が立上って、所定の給湯温度となるまでの間は、高温に保たれた貯湯タンク17からタンク給湯管25を通過してきた温水と、まだ立ち上がっていない水−冷媒熱交換器16を通過してきた水(徐々に温度が上がり高温となる水)とを、元混合弁26で混合し、さらに給湯混合弁29、風呂注湯混合弁30で入水管18を通ってきた水道水と混合して、所定の温度の給湯あるいは注湯を行う。
At that time, the rising of the
次に冷媒サイクルが立ち上がってくると、元混合弁26の開度を調整し、貯湯タンク17からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器16からの温水を適温に混合し、給湯混合弁29や、風呂注湯混合弁30に送り、給湯混合弁29や風呂注湯混合弁30で入水管18を通ってきた水道水と混合して給湯する。
Next, when the refrigerant cycle starts, the opening degree of the
最終的には、元混合弁26の開度を調整して、タンク給湯管25側を閉じて、貯湯タンク17からタンク給湯管25を通過してきた温水は用いず、入水管18、水道水供給管23を通ってきた水道水を冷媒サイクル2の水−冷媒熱交換器16で加熱して得た温水を、元混合弁26を介して、給湯混合弁29、風呂注湯混合弁30へ送り、入水管18を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口19a、シャワー19bへの給湯や、風呂31への注湯を行う。
Finally, the opening of the
即ち、冷媒サイクル2の制御装置41、給湯サイクルの制御装置42によって、冷媒サイクル2の立ち上がり状態を把握し、元混合弁26や給湯混合弁29、風呂注湯混合弁30の開度を調整し、所定温度の温水を給湯端末に供給する制御が行われる。
That is, the
また、使用者が、蛇口19a、シャワー19bを閉じるか、あるいは風呂31に適量の湯が溜まって給湯する必要がなくなると、給湯循環水ポンプ21を駆動させ、貯湯三方弁27を開き、次回の給湯運転のために、貯湯タンク17に高温の温水を貯湯する貯湯運転が行われる。
Further, when the user closes the
このように冷媒サイクル2の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク17に貯めた温水を用いて給湯端末(蛇口19a、シャワー19b、風呂31)へ給湯、注湯したり、貯湯タンク17を介さずに水−冷媒熱交換器16で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としている。
In this way, depending on the rising state of the
これにより本実施の形態では、リアルタイム給湯を可能とし、使用者が給湯したいときに給湯ができる速湯性能を確保することができ、使い勝手の良いヒートポンプ給湯機を提供することができる。換言すれば、この速湯性能の確保によって、貯湯タンク17の容量を貯湯式のヒートポンプ給湯機のそれよりも小さいものとすることができ、それはひいては、本体ユニット1のコンパクト化につながり、設置性の大幅な向上、コストダウン、使用性の向上を実現できることにもなる。
Thereby, in this Embodiment, real-time hot water supply is enabled, the hot water hot water performance which can supply hot water when a user wants to supply hot water can be ensured, and a heat pump water heater which is easy to use can be provided. In other words, by ensuring this quick hot water performance, the capacity of the hot
また、貯湯タンクの残湯量が減じた場合にも、貯湯タンク17を介さないで、水−冷媒熱交換器16で加熱した温水をそのまま、給湯端末へ直接給湯することとなる。ところが、その時に、空気−冷媒熱交換器7が着霜している場合には、熱交換されないために、温水が供給されないこととなる。そこで、その際には図2に示したような、タイムチャート図に則って、第1二方弁、第2二方弁、冷媒加熱装置などの運転が行われる。
Further, even when the amount of remaining hot water in the hot water storage tank is reduced, the hot water heated by the water-
空気−冷媒熱交換器7につながった配管7aに配された、温度センサー7c、7dと、制御装置41による除霜開始判断手段で、除霜開始という判断がなされると、ステップ1にて、第1バイパス回路11にある、第1二方弁12に通電され、第1ニ方弁12が開かれる。それに合わせて、電動膨張弁から成る減圧手段6が閉塞状態または、ほぼ閉塞状態まで閉じられ、さらに圧縮機4の回転数が徐々に下げられる。
When it is determined that defrosting is started by the defrosting start determining means by the temperature sensors 7c and 7d and the
次にステップ2で、圧縮機4の回転数が所定の回転数まで下がると、第2バイパス回路13の第2二方弁15が開かれ、冷媒加熱装置14のヒータ14aに通電される。それと共に、さらに送風ファン9が停止される。圧縮機4の回転数を下げてから、冷媒加熱装置14のヒータ14aに通電させるのは、冷媒加熱装置14により電流容量が高くなり、ブレーカーが落ちることを防ぐためであり、あるいはそれを見越して電流容量を高めに設定する必要をなくすためである。
Next, when the rotational speed of the
ステップ3で、冷媒加熱運転に移行し、それと同時に除霜運転も行う。冷媒加熱運転は、冷媒加熱装置14のヒータ14aで加熱された冷媒が、配管8cを介し、圧縮機4に送られ、圧縮機4は冷媒搬送運転を行う。それにより、冷媒加熱装置で加熱された冷媒は、放熱器5に送られ、第2二方弁15を介して、冷媒加熱装置14に送られ再び、加熱される。
In
放熱器5では、入水管18を通ってきた水道水を冷媒サイクル2の水−冷媒熱交換器16で加熱して得た温水を、元混合弁26を介して、給湯混合弁29、風呂注湯混合弁30へ送り、入水管18を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口19a、シャワー19bへの給湯や、風呂31への注湯を行う。
In the
ただし、冷媒加熱装置14はヒータ14aで冷媒を加熱し、それを放熱器5で熱交換するために、注湯される温度は若干低下する傾向があるが、停止してしまうよりは十分に使用性に優れた使い方ができることとなる。また、除霜運転は、圧縮機4から送られた高温の冷媒は、配管8aを介し、第1バイパス回路11を通り、第1二方弁12を通過して、配管8bを通り、空気−冷媒熱交換器7に送られ、空気−冷媒熱交換器7の除霜が行われる。配管8bには第1バイパス回路11と空気−冷媒熱交換器7の間には、絞り配管8eがあり、減圧装置である電動膨張弁6の作動性を安定化させている。
However, since the
ステップ4で、除霜終了と共に、冷媒加熱装置14はヒータ14aの通電がOFFとなり、第2二方弁15も閉じられ、圧縮機4は所定の回転数まで徐々に戻され、減圧装置である電動膨張弁6は所定の開度まで徐々に開かれ、送風ファン9も所定の回転数で回転がされる。
In
ステップ5で、第1二方弁12が閉じられ、除霜する前の状態に戻り、通常のヒートポンプ運転となり、貯湯が行われることとなる。
In
このように、貯湯タンク17の残湯量がかなり減じている場合にも、給湯運転を継続しながら、除霜運転を実施できることにより、使用性の大幅な向上を図ることができる。
Thus, even when the amount of remaining hot water in the hot
また、貯湯タンク17を使用する機会が減ずるために、貯湯タンク17をコンパクトにすることが出き、ひいては筐体をコンパクトにすることも可能となり、設置性の大幅な向上を図ったヒートポンプ給湯機とすることができる。
Moreover, since the opportunity to use the hot
また、図2のタイムチャートで示したように空気−冷媒熱交換器7の除霜を行う際には、圧縮機4の回転数を可変しつつ、第1バイパス回路11の第1二方弁12を開放して空気−冷媒熱交換器7に冷媒を通過させる第1バイパス回路運転運転を行い、その後、任意の時間後に、第2バイパス回路13の第2二方弁15を開放して、冷媒加熱装置14で加熱された冷媒を圧縮機4の吸入側に流す第2バイパス回路運転を行う運転をすることにより、第1バイパス回路11と第2バイパス回路13の二方弁を同時に開放にすると圧縮機4の吸入側の圧力が急上昇して、冷媒循環量が増し、圧縮機4のオイルが多く吐出してしまうが、第2バイパス回路13の二方弁を開放にする運転を一定時間遅らせて、動作させることで、圧縮機4の吸入側の低圧上昇を抑え、オイル吐出を最小限にすることで圧縮機の信頼性を高くすることもでき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることもできる。
Further, as shown in the time chart of FIG. 2, when defrosting the air-
さらに、冷媒加熱装置14は、電熱線を用いたヒータ14aとしているので、ON-OFF通電が容易であり、配管構成を簡素化でき、耐久性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。
Furthermore, since the
図3は、本体ユニット1の斜視内観図を示したものであり、冷媒加熱装置14は、放熱器5(水−冷媒熱交換器16)に隣接した本体ユニット1の下方に配されている。これは、冷媒加熱装置14が配管13aを螺旋状にした13bの外周を覆うようなアルミ鋳物を設けており、質量が大きいために、下方に配しているわけである。
FIG. 3 is a perspective internal view of the
また、このヒートポンプ給湯機では、冷媒として炭酸ガスを用いているので、万一冷媒が外部に漏れたとしても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているR−410Aの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しいヒートポンプ給湯機とすることができる。 Further, in this heat pump water heater, since carbon dioxide is used as a refrigerant, even if the refrigerant leaks to the outside, the influence on global warming is affected by the refrigerant of R-410A used in general air conditioners. As compared with the above, it can be greatly reduced, and an environment-friendly heat pump water heater can be obtained.
以上のように、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機4、放熱器5、減圧手段6および空気−冷媒熱交換器7を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷媒サイクルと、放熱器5と熱交換を行う水−冷媒熱交換器16と、圧縮機4と放熱器5の間と、減圧手段6と空気−冷媒熱交換器7の間を連結する第1バイパス回路11と、減圧手段6と放熱器5の間と、圧縮機4と空気−冷媒熱交換器7の間を連結する第2バイパス回路13を設け、それらを一体の筐体1に配し、第1バイパス回路には第1二方弁12を設け、第2バイパス回路には第2二方弁15と、ヒータ14aにより加熱する冷媒加熱装置14を直列に設け、空気−冷媒熱交換器7の除霜を行う際には、第1バイパス回路11の第1二方弁12を開放して空気−冷媒熱交換器7に冷媒を通過させる第1バイパス回路運転運転させ、その後に、第2バイパス回路13の第2二方弁15を開放して、冷媒加熱装置14で加熱された冷媒を圧縮機4の吸入側に流す第2バイパス回路運転を行うことを特徴とするものであり、給湯運転をしつつ、除霜運転ができることにより、使用性に優れ、さらに貯湯タンクを小型化を図ることも可能となり、コンパクト性にも優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。
As described above, in the heat pump water heater of the present invention, the
以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで温水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 hot water in a heat pump cycle and supplies hot water, and is suitable for, for example, a domestic instantaneous water heater or a commercial hot water supply device.
1 本体ユニット(筐体)
2 冷媒サイクル
3 給湯サイクル
4 圧縮機
5 放熱器
6 減圧手段(電動膨張弁)
7 空気−冷媒熱交換器
9 送風ファン
11 第1バイパス回路
12 第1二方弁
13 第2バイパス回路
14 冷媒加熱装置
14a ヒータ
15 第2二方弁
16 水−冷媒熱交換器
17 貯湯タンク
18 入水管
19a 蛇口(給湯端末)
19b シャワー(給湯端末)
1 Main unit (housing)
2
7 Air-
19b Shower (hot water supply terminal)
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