JP2008281282A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率のよい給湯装置11を提供する。
【解決手段】貯湯タンク16の複数の異なる高さ位置に接続経路20，21，22を接続し、接続経路切換手段30により接続経路20，21，22のうちの１つに接続を切り換える。除霜運転時、貯湯タンク16の複数の異なる高さ位置での湯水の温度検知に応じて、接続経路切換手段30により接続経路20，21，22のうちの１つに接続を切り換える。切り換えた接続経路20，21，22のうちの１つを通じて貯湯タンク16の湯水を取り出し、取り出した湯水を熱交換器41を経た後に貯湯タンク16の下部に戻す。貯湯タンク16の任意の高さ位置から湯水を取り出して除霜運転に利用する。貯湯タンク16に残る中温水を取り出し、中温水の熱を除霜運転に有効利用する。中温水を取り出して除霜運転に利用することで、中温水の温度を低下させ、その後の沸上時においてヒートポンプユニット40による沸上効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプユニットで湯を沸き上げて貯湯タンクに貯湯する給湯装置に関する。

従来、給湯装置においては、貯湯タンク内に貯湯する湯を沸き上げるのにヒートポンプを用いた給湯装置がある。

この給湯装置では、沸上運転時において、冷媒が圧縮機、熱交換器、蒸発器の順に循環する通常サイクルでヒートポンプユニットを運転し、貯湯タンクの下部から取り出した水をヒートポンプユニットの熱交換器を経て所定温度に沸き上げ、この沸き上げた湯を貯湯タンクの上部に戻すように循環させることにより、貯湯タンクの上部側から湯を順次貯湯している。

また、外気温が低い場合、ヒートポンプユニットの沸上運転中に、大気中の水蒸気が蒸発器に付着して凍結すると、大気熱の集熱効率が低下してしまう。そのため、蒸発器に着霜したときには、除霜運転によって蒸発器に付着した霜を取り除くようにしている。

この除霜運転時には、冷媒が圧縮機、蒸発器、熱交換器の順に循環する逆サイクルでヒートポンプユニットを運転し、貯湯タンクから湯水を取り出して熱交換器を経て貯湯タンクに戻すように循環させることにより、貯湯タンクから取り出し湯水の熱を熱交換器で冷媒側に集熱して蒸発器を加熱し、この蒸発器に付着した霜を融解させている。

この貯湯タンクから湯水を取り出して熱交換器を経て貯湯タンクに戻すように循環させるのに、貯湯タンクの上部から高温湯を取り出して熱交換器を経た後に貯湯タンクの下部に循環させる場合と、貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経た後に貯湯タンクの下部に循環させる場合とがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１０５５６６号公報（第７頁、図１）

しかしながら、除霜運転時に、貯湯タンクの上部から高温湯を取り出して熱交換器を経た後に貯湯タンクの下部に循環させる場合、蒸発器の除霜にかかる時間を短縮できるが、貯湯タンクの上部側に貯湯されている高温湯の量が減少してしまう問題がある。さらに、熱交換器を経ても温度が比較的高いまま貯湯タンクの下部に戻されるために、貯湯タンクの下部の水温が上昇し、沸上時にヒートポンプユニットによって中温水を沸き上げることになり、ヒートポンプユニットによる沸上効率が低下する問題がある。

また、貯湯タンクの下部から水を取り出して熱交換器を経た後に貯湯タンクの下部に循環させる場合、貯湯タンクの上部側に貯湯された高温湯の湯量が減少することがないが、蒸発器の除霜にかかる時間が長くなる。貯湯タンクには、例えば使われずに温度低下した中温水が貯湯タンクの上部側と下部側との間に残っている場合があり、この中温水の熱を有効に利用できればよいが、中温水を取り出すことができず、中温水が残ってしまう。貯湯タンクに中温水が残っていると、沸上時にヒートポンプユニットによって中温水を沸き上げることになり、ヒートポンプユニットによる沸上効率が低下する問題がある。

このように、従来の給湯装置では、除霜運転時に貯湯タンクから湯水を取り出すのが、貯湯タンクの上部または下部のいずれか１箇所であったため、貯湯タンクの上部側の高温湯か、貯湯タンクの下部側の水しか、除霜運転に利用できず、中温水の熱を有効利用するなどには対応できない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、効率のよい給湯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の給湯装置は、貯湯タンクと、熱交換器を有するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内の湯水を取り出して前記熱交換器を経た後に前記貯湯タンクに戻す沸上経路と、前記貯湯タンクの複数の異なる高さ位置に接続される複数の接続経路、およびこれら接続経路のうちの１つに接続を切り換える接続経路切換手段を有し、この接続経路切換手段で切り換えられた接続経路を通じて前記貯湯タンクの湯水を取り出して前記熱交換器を経た後に前記貯湯タンクに戻す除霜経路と、前記熱交換器に対して前記沸上経路と前記除霜経路との接続を切り換える運転切換手段と、前記貯湯タンクの複数の異なる高さでの湯水の温度を検知する温度検知手段と、除霜運転をする際に、前記運転切換手段で前記熱交換器に対して前記除霜経路を接続させるとともに、前記温度検知手段の検知に応じて前記接続経路切換手段で前記接続経路を切り換えさせる制御部とを具備しているものである。

請求項２記載の給湯装置は、請求項１記載の給湯装置において、熱交換器を経た湯水の沸上温度を検知する沸上温度検知手段を具備し、沸上経路は、熱交換器を経た湯水を貯湯タンクに戻す経路を、除霜経路の接続経路切換手段および複数の接続経路と共通とし、制御部は、沸上運転をする際に、前記運転切換手段で前記熱交換器に対して前記沸上経路を接続させるとともに、前記沸上温度検知手段の検知に応じて前記接続経路切換手段で前記接続経路を切り換えさせるものである。

請求項１記載の給湯装置によれば、除霜運転をする際に、貯湯タンクの複数の異なる高さ位置での湯水の温度検知に応じて、接続経路切換手段により貯湯タンクの複数の異なる高さ位置に接続される複数の接続経路のうちの１つに接続を切り換え、この切り換えた接続経路を通じて貯湯タンクの湯水を取り出して熱交換器を経た後に貯湯タンクに戻すことができるため、貯湯タンクの任意の高さ位置から湯水を取り出して除霜運転に利用でき、例えば、貯湯タンクに残る中温水を取り出してこの中温水の熱を除霜運転に有効利用することができ、しかも、この中温水を取り出して除霜運転に利用することで、中温水の温度を低下させ、その後の沸上時でのヒートポンプユニットによる沸上効率を向上でき、効率のよい給湯装置を提供できる。

請求項２記載の給湯装置によれば、請求項１記載の給湯装置の効果に加えて、沸上経路の熱交換器を経た湯水を貯湯タンクに戻す経路を、除霜経路の接続経路切換手段および複数の接続経路と共通とし、経路を簡単に構成できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１および図２に示すように、給湯装置11は、本体ユニット12と、湯を沸き上げるための室外機13とを備えている。

本体ユニット12は、湯を貯湯する貯湯タンク16を有し、この貯湯タンク16の側面には、貯湯タンク16の上部および下部とともに貯湯タンク16内における複数の残湯量位置であって例えば１／５、２／５、３／５、４／５に対応した上下方向の各高さ位置に、貯湯タンク16内の湯水温度を検知する温度検知手段17の複数のサーミスタ18a〜18fが配設されている。

貯湯タンク16の上部、中間部および下部にはそれぞれ接続経路20，21，22が接続されている。下部の接続経路22の途中には貯湯タンク16の下部に給水する給水経路23が接続され、この給水経路23には給水圧力を減圧する減圧弁24などが配設されている。

貯湯タンク16の上部には給湯場所に給湯する給湯経路25が接続されている。そして、この給湯経路25の下流側に配設される給湯栓などを開くことにより、給水経路23を通じた給水圧力により貯湯タンク16内の湯を押し上げ、給湯経路25を通じて湯を給湯する。また、給湯経路25には、沸上時の過剰な圧力を逃す逃し弁26が接続され、この逃し弁26は排水経路27に接続されている。貯湯タンク16の下部と排水経路27との間は、貯湯タンク16内の水を排水する排水バルブ28を介して接続されている。

また、接続経路20，21，22は、共通経路29に対してこれら接続経路20，21，22のうちのいずれか１つに接続を切り換える切換弁である接続経路切換手段30に接続されている。共通経路29には２つの分岐経路31，32が接続されているとともに、これら２つの分岐経路31，32が下部共通経路33を通じて貯湯タンク16の下部に接続されている。

各分岐経路31，32には運転切換手段34を構成する三方弁である切換弁35，36がそれぞれ接続され、一方の切換弁35には室外機13に向かう往き経路37が接続され、他方の切換弁36には室外機13から戻る戻り経路38が接続されている。

また、室外機13には、湯を沸き上げる沸上手段としてのヒートポンプユニット40が配設されている。このヒートポンプユニット40は、貯湯タンク16の湯水と熱交換する凝縮器として機能する熱交換器41、圧縮機、膨張弁、蒸発器、運転サイクルを切り換える四方弁などを有するヒートポンプ本体42を備えている。なお、蒸発器に霜が付着したことを検知する着霜検知手段を備えている。

熱交換器41には往き経路37および戻り経路38が接続され、この往き経路37には貯湯タンク16の湯水を往き経路37側から熱交換器41を経て戻り経路38側に流して貯湯タンク16に循環させる循環ポンプ43が配設され、戻り経路38には熱交換器41を経て沸き上げられた湯の温度を検知する沸上温度検知手段44が配設されている。

そして、図２の経路の黒表示、および矢印にて示すように、貯湯タンク16の下部から、下部共通経路33、一方の分岐経路31、一方の切換弁35、往き経路37、熱交換器41、戻り経路38、他方の切換弁36、他方の分岐経路32、共通経路29、接続経路切換手段30、接続経路20，21，22のいずれか１つを通じて、貯湯タンク16の上部、中間部および下部のいずれか１つに戻るように循環する沸上経路46が形成されている。

図１の経路の黒表示、および矢印にて示すように、貯湯タンク16の上部、中間部および下部のいずれか１つから、接続経路20，21，22のいずれか１つ、接続経路切換手段30、共通経路29、一方の分岐経路31、一方の切換弁35、往き経路37、熱交換器41、戻り経路38、他方の切換弁36、他方の分岐経路32、下部共通経路33を通じて、貯湯タンク16に戻るように循環する除霜経路47が形成されている。

したがって、沸上経路46における熱交換器41を経た湯水を貯湯タンク16に戻す経路と、除霜経路47における貯湯タンク16から湯水を取り出す経路とで、接続経路20，21，22および接続経路切換手段30を共通に構成されている。

また、給湯装置11は、この給湯装置11を制御する制御部51を備えている。この制御部51は、沸上運転をする際に、運転切換手段34で熱交換器41に対して沸上経路46を接続させるとともに、沸上温度検知手段44の検知に応じて接続経路切換手段30で接続経路20，21，22を切り換えさせる沸上運転制御の機能、除霜運転をする際に、運転切換手段34で熱交換器41に対して除霜経路47を接続させるとともに、温度検知手段17の検知に応じて接続経路切換手段30で接続経路20，21，22を切り換えさせる除霜運転制御の機能を有している。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

図２に示すように、例えば、特定の沸上時間帯として例えば時間帯別電灯制度の夜間時間帯において、貯湯タンク16内に湯を貯湯する沸上運転を実施する。

沸上運転では、運転切換手段34で沸上経路46に切り換え、室外機13のヒートポンプユニット40および循環ポンプ43を作動させる。この循環ポンプ43の作動により、貯湯タンク16の下部の水を取り出して下部共通経路33、一方の分岐経路31、一方の切換弁35、往き経路37を通じて、ヒートポンプユニット40の熱交換器41に送り、この熱交換器41においてヒートポンプユニット40により大気熱を集熱した熱と水とで熱交換して沸き上げる。

この熱交換器41で熱交換して沸き上げられた湯を、戻り経路38、他方の切換弁36、他方の分岐経路32、共通経路29、接続経路切換手段30、接続経路20，21，22のいずれか１つを通じて、貯湯タンク16の上部、中間部および下部のいずれか１つに戻す。

このとき、沸上温度検知手段44で熱交換器41から出る湯の温度を監視し、その湯の温度が予め定められた目標温度よりも高ければ、接続経路切換手段30により上部の接続経路20に切り換えて湯を貯湯タンク16の上部に戻し、貯湯タンク16の上部から目標温度以上の湯を順次貯湯する。

熱交換器41から出る湯の温度が予め定められた目標温度よりも低ければ、接続経路切換手段30により中間部の接続経路21または下部の接続経路22に切り換えて湯を貯湯タンク16の中間部または下部に戻す。これにより、貯湯タンク16の上部に貯湯される高温湯に中温水や低温水が混合して湯温が低下するのを防止できる。

また、外気温が低い場合、ヒートポンプユニット40の沸上運転中に、大気中の水蒸気が蒸発器に付着して凍結すると、大気熱の集熱効率が低下してしまうため、蒸発器に着霜したことを着霜検知手段で検知したときには、沸上運転を一端停止し、除霜運転を実施して蒸発器に付着した霜を取り除く。

除霜運転では、図１に示すように、運転切換手段34で除霜経路47に切り換え、室外機13のヒートポンプユニット40を沸上運転時の通常サイクルに対して逆サイクルで作動させるとともに循環ポンプ43を作動させる。この循環ポンプ43の作動により、貯湯タンク16の上部、中間部および下部のいずれか１つから、接続経路20，21，22のいずれか１つ、接続経路切換手段30、共通経路29、一方の分岐経路31、一方の切換弁35、往き経路37を通じて、ヒートポンプユニット40の熱交換器41に送り、この熱交換器41において逆サイクルで作動するヒートポンプユニット40で湯水の熱を集熱し、集熱した熱で蒸発器を加熱してこの蒸発器に付着した霜を融解させて取り除く。

熱交換器41での熱交換によって温度低下した水を、戻り経路38、他方の切換弁36、他方の分岐経路32、下部共通経路33を通じて、貯湯タンク16の下部に戻す。

このとき、温度検知手段17のサーミスタ18a〜18fによって貯湯タンク16内の各高さ位置での湯温を監視する。

例えば、貯湯タンク16内に使われずに温度低下した中温水が貯湯タンク16の中間部つまり接続経路21の接続場所より下側に残っている場合には、接続経路切換手段30により中間部の接続経路21に切り換え、貯湯タンク16の中間部から中温水を取り出して除霜運転に利用する。

貯湯タンク16の中間部つまり接続経路21の接続場所まで高温湯が貯湯されている場合には、接続経路切換手段30により下部の接続経路22に切り換え、貯湯タンク16の下部から水を取り出して除霜運転に利用する。

例えば、貯湯タンク16内の全量沸上のために貯湯タンク16内の湯水が循環されて混ざり、貯湯タンク16の上部まで中温水がある場合には、接続経路切換手段30により上部の接続経路20に切り換え、貯湯タンク16の上部から中温水を取り出して除霜運転に利用する。

なお、除霜時間を短縮するように設定可能とする場合、これが設定されていれば、接続経路切換手段30により上部の接続経路20に切り換え、貯湯タンク16の上部から高温湯を取り出して除霜運転に利用することもできる。

このように、除霜運転をする際に、貯湯タンク16の複数の異なる高さ位置での湯水の温度検知に応じて、接続経路切換手段30により貯湯タンク16の複数の異なる高さ位置に接続される複数の接続経路20，21，22のうちの１つに接続を切り換え、この切り換えた接続経路20，21，22を通じて貯湯タンク16の湯水を取り出して熱交換器41を経た後に貯湯タンク16に戻すことができるため、貯湯タンク16の任意の高さ位置から湯水を取り出して除霜運転に利用できる。

そのため、例えば、貯湯タンク16に残る中温水を取り出してこの中温水の熱を除霜運転に有効利用することができ、しかも、この中温水を取り出して除霜運転に利用することで、中温水の温度を低下させ、その後の沸上時でのヒートポンプユニット40による沸上効率を向上でき、効率のよい給湯装置を提供できる。

また、沸上経路46の熱交換器41を経た湯水を貯湯タンク16に戻す経路を、除霜経路47の接続経路切換手段30および複数の接続経路20，21，22と共通とし、経路を簡単に構成できる。

本発明の一実施の形態を示す給湯装置の除霜運転を説明する構成図である。 同上給湯装置の沸上運転を説明する構成図である。

符号の説明

11 給湯装置
20，21，22 接続経路
30 接続経路切換手段
34 運転切換手段
40 ヒートポンプユニット
41 熱交換器
46 沸上経路
47 除霜経路
51 制御部

Claims (2)

1. 貯湯タンクと、
   熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
   前記貯湯タンク内の湯水を取り出して前記熱交換器を経た後に前記貯湯タンクに戻す沸上経路と、
   前記貯湯タンクの複数の異なる高さ位置に接続される複数の接続経路、およびこれら接続経路のうちの１つに接続を切り換える接続経路切換手段を有し、この接続経路切換手段で切り換えられた接続経路を通じて前記貯湯タンクの湯水を取り出して前記熱交換器を経た後に前記貯湯タンクに戻す除霜経路と、
   前記熱交換器に対して前記沸上経路と前記除霜経路との接続を切り換える運転切換手段と、
   前記貯湯タンクの複数の異なる高さでの湯水の温度を検知する温度検知手段と、
   除霜運転をする際に、前記運転切換手段で前記熱交換器に対して前記除霜経路を接続させるとともに、前記温度検知手段の検知に応じて前記接続経路切換手段で前記接続経路を切り換えさせる制御部と
   を具備していることを特徴とする給湯装置。
2. 熱交換器を経た湯水の沸上温度を検知する沸上温度検知手段を具備し、
   沸上経路は、熱交換器を経た湯水を貯湯タンクに戻す経路を、除霜経路の接続経路切換手段および複数の接続経路と共通とし、
   制御部は、沸上運転をする際に、前記運転切換手段で前記熱交換器に対して前記沸上経路を接続させるとともに、前記沸上温度検知手段の検知に応じて前記接続経路切換手段で前記接続経路を切り換えさせる
   ことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。

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