JP2008309397A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電装品を低温から保護すると共に，部品点数の増加を防ぎうるヒートポンプ式給湯装置を提供すること。
【解決手段】外側タンクから前記ヒートポンプユニット内の水熱交換器に向かう循環水の流出水循環経路に切り替え弁を介して接続され，前記電装ボックスに伝熱可能な位置に配設された電装ボックス保温水循環経路と，前記ヒートポンプユニット内部あるいは外部の気温を検出する外気温検出手段と，前記外気温検出手段が予め定められた低い外気温を検出した場合に，前記切り替え弁を制御して前記流出循環経路を流れる水の一部または全部を前記電装ボックス保温水循環経路に循環させて，上記電装ボックスを保温する切り替え弁制御手段とを備えてなるヒートポンプ式給湯装置。
【選択図】図１

Description

本発明は，電装品を低温から保護するように配慮されたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

図３は，寒冷地で用いられているヒートポンプ式給湯装置の概念を示すブロック図である。
このようなヒートポンプ式給湯装置Ｂでは，内側タンク１と外側タンク２を備えたタンクユニット３を用いて給湯が行われる。上記内側タンク１には，給水部１ａと出湯部１ｂとが設けられ，上記外側タンク２は，上記内側タンク１に接して，内側タンク１の外側に設けられている。
上記外側タンク２には，この外側タンク２から排出される中温水を加熱する水熱交換器５を備え，該水熱交換器５で加熱された高温水を再度上記外側タンク２に循環させるヒートポンプユニット７が接続されている。
さらに，上記外側タンク２には，図外の床暖房，ファンコイルユニットあるいはパネルヒータなどの加熱機器９が接続されている。
前記ヒートポンプユニット７には，圧縮機１１で圧縮された高温冷媒が前記水熱交換器５で放熱した後，膨張弁１３，蒸発器１５で膨張と蒸発を経由して再度圧縮機１１に還流する冷凍サイクル１７と，上記水熱交換器５を経て，例えば６０℃程度に加熱された高温水を前記外側タンク２の上端部に戻し，外側タンク２の下端部から３０〜４０℃程度に温度低下した中温水を再度水熱交換器５に戻す循環ポンプ１９を備えた流出水循環経路２１が設けられている。
従って，上記ヒートポンプ式給湯装置Ｂでは，上記外側タンク２上端部に蓄えられた６０℃程度の高温水が，前記加熱機器９に送られて部屋などの暖房を行った後，３０〜４０℃程度に低下した中温水が外側タンク２の下端部に返送される。
上記外側タンク２に返送され，外側タンク２の下端部に溜まった中温水は，前記循環ポンプ１９によって外側タンク２から循環ポンプ１９を経て水熱交換器５へ向かう流出水循環経路２１を経てヒートポンプユニット７の水熱交換器５に送られ，ここで高温の冷媒と熱交換して６０℃程度の高温の湯となり，前記外側タンク２の上端部に返送され，前記のように加熱機器９に送られて部屋などの暖房に使われる。
ところで，上記のようなヒートポンプ式給湯装置を寒冷地で使用する場合，雰囲気温度が低温（例えば−２０℃程度）になると,冷凍サイクルは使用可能であっても，ヒートポンプユニットの電装品を構成するコンデンサなどの電気，電子部品の中にはパワーモジュールとしての性能劣化を生じるものがあり，正常な運転を行うことが出来ない場合がある。
また，別の例としての特許文献１では，外気温に従ってオン・オフする熱源としての蛍光表示管を備えており，外気温が所定温度以下になると上記蛍光表示管が発光して発熱し，低温に弱い発信子などの電装品の温度低下を防止している。
特開２００４−２９４００７号公報

しかしながら， 上記特許文献１では，外気温に応じて蛍光表示管を発光させて発熱させるだけであるので，常時は必要でない蛍光表示管などの電気発熱源が別途必要となり，電気発熱源が増加することにより消費電力が大きくなるという問題を新たに抱えるものである。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，蛍光表示管やヒータのような電気発熱源を使用せずに前記電装品を低温から保護するヒートポンプ式給湯装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は，
圧縮機と，冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器と，を有する冷凍サイクルと，
前記水熱交換器によって生成される温水を貯湯する貯湯タンクと，
少なくとも前記冷凍サイクルを制御する電装部と，
を備えるヒートポンプ式給湯装置において，
前記電装部に伝熱可能な位置に配設された電装部保温水循環経路と，
前記電装部の周辺温度あるいは外部の気温を検出する外気温検出手段と，を備え，
前記外気温検出手段により検出された温度が所定温度以下であると，前記電装部保温水循環経路に温水を循環させることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置として構成される。
電装部保温水循環経路は，前記貯湯タンクに連結されてもよい。
前記貯湯タンクと前記水熱交換器との間で前記温水を循環する流出水循環経路に前記電装部保温水循環経路が連結してもよい。
また上記目的を達成するための本発明を別の方向からとらえると，
給水部と出湯部とを備えた内側タンクと，該内側タンクに接してその外側に設けられ，接続された加熱機器に加熱された水を循環させる外側タンクとを備えたタンクユニットと，
前記外側タンクから排出される水を加熱する水熱交換器を備え，上記水熱交換器で加熱された水を再度上記外側タンクに循環させるヒートポンプユニットと，
前記ヒートポンプユニット内に設けられ，該ヒートポンプユニット内の機器を制御するための電装品を収納する電装ボックスとを備えたヒートポンプ式給湯装置において，
前記外側タンクから前記ヒートポンプユニット内の水熱交換器に向かう循環水の流出水循環経路に切り替え弁を介して接続され，前記電装ボックスに伝熱可能な位置に配設された電装ボックス保温水循環経路と，
前記ヒートポンプユニット内部あるいは外部の気温を検出する外気温検出手段と，
前記外気温検出手段が予め定められた低い外気温を検出した場合に，前記切り替え弁を制御して前記流出循環経路を流れる水の一部または全部を前記電装ボックス保温水循環経路に循環させて，上記電装ボックスを加熱する切り替え弁制御手段とを備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置として構成される。

前記電装ボックス保温水循環経路は，前記電装ボックスに伝熱可能な位置を通って配設されるが，そのような配設位置としては，例えば，前記電装ボックスの周囲を囲むような位置や，前記電装ボックスの内部を貫通する位置，あるいは電装ボックスに沿って配設される位置などが考えられる。
また，前記予め定められた低い温度の一例としては−２０℃程度が考えられる。
前記加熱機器の具体例としては，床暖房機器，ファンコイルユニットあるいはパネルヒータのうちのいずれかあるいは複数が考えられるが，本発明はこれに限定されるものではない。

本発明によれば，蛍光表示管やヒータのような電気発熱源を使用せずに電装品を低温から保護することが出来る。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は，本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯装置の制御ブロック図，図２は，電装ボックス保温水循環経路の具体的配設状態を示す図，図３は，従来のヒートポンプ式給湯装置の制御ブロック図である。
以下図１に基づいて本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置Ａについて説明する。従来のヒートポンプ式給湯装置と共通の要素には，同一の符号を使用する。
このヒートポンプ式給湯装置Ａは，基本的に前記図３に示した従来のヒートポンプ式給湯装置Ｂと同様，タンクユニット３が，給水部１ａと出湯部１ｂとを備えた内側タンク１と，上記内側タンク１に接してその外側を取り巻くように設けられた外側タンク２とを備えて構成されている。すなわち，本実施の形態においては，外側タンク２が貯湯タンクに相当する。なお，内側タンク１に代えて，給水部１ａと出湯部１ｂとの間を配管で連結する構成であっても良い。このとき，配管を蛇行させるなどして，貯湯タンク内の温水との熱交換をし易くしておくと良い。
上記外側タンク２には，床暖房装置，ファンコイルユニットあるいはパネルヒータなどの加熱機器９が配管１０を介して接続されており，上記配管１０の途中に設けられた暖房機用ポンプ２５によって，外側タンク２の上端部に蓄えられた６０℃程度の高温水が加熱機器９に供給され，加熱機器９で吸熱され３０〜４０℃程度に温度低下した中温水が，外側タンク２の下端部に戻される。
また，ヒートポンプユニット７は，前記外側タンク２の下端部から排出される３０〜４０℃程度の中温水を加熱する水熱交換器５を備えている。そのために，上記外側タンク２の下端部と上記水熱交換器５とは，流出水循環経路２１によって接続され，流出水循環経路２１の途中に水を循環させる循環ポンプ１９が設けられている。前記水熱交換器５で加熱され，６０℃程度の高温となった水は，配管２２によって外側タンク２の上端部に戻される。

さらに，前記ヒートポンプユニット７には，圧縮機１１で圧縮された高温冷媒が前記水熱交換器５で放熱した後，膨張弁１３，蒸発器１５で膨張と蒸発を経由して再度圧縮機１１に還流する冷凍サイクル１７が設けられている。
以上述べた構成は，従来のヒートポンプ式給湯装置Ｂと同様であるが，この実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置Ａでは，上記構成の他にさらに，前記循環ポンプ１９の出口部から前記水熱交換機５に向かう前記流出水循環経路２１に，切り替え弁２７ａ及び２７ｂが直列に設けられ，上記切り替え弁２７ａと２７ｂとを接続する分岐管２９が，ヒートポンプユニット７内に設けられ，分岐管２９が，該ヒートポンプユニット７内の機器（例えば，圧縮機１１や膨張弁１３など）からなる冷凍サイクル１７を制御するための電装品が配置された電装部を収納する電装ボックス３１の周囲に配設されている。この分岐管２９が，本発明における，電装部保温水循環経路や電装ボックス保温水循環経路の一例である。なお，本実施例では，電装部は，ヒートポンプユニット７内の機器を制御するようになっているが，例えば，暖房機用ポンプ２５などのタンクユニット３内の機器を制御するようにしてもよい。

さらにまた，この実施形態では，前記ヒートポンプユニット７内部のあるいは外部の気温を検出する外気温検出手段の一例としての温度センサ３３ａあるいは３３ｂが設けられ，前記切り替え弁２７ａ及び２７ｂは，前記温度センサ３３ａあるいは３３ｂが予め定められた低い温度（所定温度）以下の外気温を検出した場合に，前記流出水循環経路２１を流れる水の一部または全部を分岐管２９に流れるように切り替えられる。
上記のような切り替え弁２７ａ及び２７ｂの切り替え制御は，前記温度センサ３３ａあるいは３３ｂからの温度信号を受けた電装ボックス３１内の制御部３１ａにより達成される。

上記予め定められた低い温度（所定温度）としては，電装ボックス３１内の電装品の種類にもよるが，保護しようとする電装品における低温下で不安定になる温度が−２０℃であれば，それより若干高い余裕を見た温度（例えば−１０℃や−１５℃）に設定され，上記不安定になる温度に達する前に前記切り替え弁２７ａ及び２７ｂを切り替えて，流出水循環経路２１を流れる中温水の一部あるいは全部を分岐管２９に流すことで，電装ボックス３１の温度を上昇させ，内部の電装品が低温による不安定にならないように制御する。従って，上記所定温度は，上記保護しようとする電装品の種類に応じて，特に同時に使用する電装ボックス内の電装品の種類に応じて設定される。保護しようとする電装品が複数ある場合は，不安定になる温度のもっとも高いものに合わせて上記所定温度が設定される。
例えば，種々の電装品ごとの使用温度範囲の一例を表示した表１に示すように，ＩPMやアクティブフィルタの使用温度範囲の一例としては−２０℃〜＋１００℃，スイッチングトランスの使用温度範囲の一例としては，−２５℃〜＋８０℃，フィルムコンデンサの使用温度範囲の一例としては，−５５℃〜＋１００℃程度である。一般的に，コンデンサは使用温度範囲は広いものの，周囲温度(外気温度)が低下するとともに，静電容量が低下し，不安定となるため，ノイズ等の外乱に非常に弱くなり，運転停止等の不都合が起こる可能性がある。したがって，コンデンサを含む電装品においては，前述したように不安定になる温度に達する前に電装ボックス３１の温度を上昇させ，内部の電装品が低温により不安定にならないように制御することがより好ましい。
そして前記のように複数の電装品を含む電装ボックス，たとえば，アクティブフィルタ（使用温度範囲−２０℃〜＋１００℃）と，スイッチングトランス（使用温度範囲−２５℃〜＋８０℃）と，電解コンデンサ（使用温度範囲−４０℃〜＋１０５℃）の３つの電装品を同時に使用する場合には，使用温度範囲の下限がもっとも高いもの（この例ではアクティブフィルタの−２０℃）にあわせて，例えば−１５℃以上に設定することが望ましい。

上記のように，流出水循環経路２１を流れる中温水の一部あるいは全部を前記電装ボックス保温水循環経路の一例である分岐管２９に循環させるように切り替え弁２７ａ及び２７ｂを切り替え制御する制御部３１ａが，本発明における切り替え弁制御手段の一例である。
なお，上記切り替え弁２７ａ，２７ｂのうち，流出水循環経路２１と分岐管２９との合流部側の２７ｂについては，省略してもよい。
また，この場合，上記のように電装品を過熱する可能性のない中温水が，分岐管２９を経て電装ボックス３１の周囲に流されるので，電装品の過熱による不安定化の不安は一切ない。
さらに，外気温が高くなった時点でも，中温水が無駄に前記分岐管２９を流れるような制御がされると，水熱交換器５の熱効率が低下する危険性があるが，この実施形態では，外気温が上記予め定められた低い温度以上になれば，それを検知した温度センサ３３ａあるいは３３ｂからの信号によって前記制御部３１ａが切り替え弁２７ａ及び２７ｂを切り替えて，流出水循環経路２１を流れる中温水の全量が分岐管２９を迂回して水熱交換器５に配送されるので，熱交換効率の低下の恐れはない。
前記加熱機器９としては，床暖房機器，ファンコイルユニットあるいはパネルヒータのうちのいずれかあるいは複数が候補として挙げられたが，本実施形態においては，これに限定されるものではない。
この実施形態では，温水が流通する分岐管の熱を，電装部に配置されている電装品の保温に用いることができるので，従来技術と同様，電装品を低温から保護することが出来ると共に，蛍光表示素子などの別の発熱源を必要としないので，消費電力の増加を防ぐことができる。また更に，前記のように温度が特に低下した時にだけ電装品の保温を行うように制御することが出来るので，冷凍サイクルの効率の低下を生じさせるような不都合が回避される。
なお，本実施の形態では，温度センサ３３ａはヒートポンプユニット７内の温度を測定する位置に設けられているが，このとき，電装部近傍の温度（電装ボックスの内部温度）を測定できる位置に設けることが好ましい。
また，前記水熱交換機５の出口側から外側タンク２に向かう前記流出水循環経路２１に，切り替え弁２７ａ及び２７ｂを直列に設け，上記切り替え弁２７ａと２７ｂとを接続する分岐管２９を設けても良い。このとき，分岐管２９に中温水を流したい場合は，冷凍サイクル１７を駆動させず，循環ポンプ１９のみを駆動させてやればよい。また，中温水では電装部の保温を十分に行えない場合は，冷凍サイクル１７を駆動させて，中温水を加熱して水温を上げた温水を分岐管２９に流してやればよい。

上の実施形態においては，分岐管２９が電装ボックス３１に沿って配設されているが，実際の具体例としては，例えば図２（ａ）のように，分岐管２９が電装ボックスの周囲を囲むように配設されてもよい。このような構成によって，電装ボックス３１に分岐管の熱が効率よく伝達され，電装ボックス３１の保温効果が高まるであろう。
同様の効果を期待できるほかの構成としては，図２（ｂ）のように，分岐管２９が電装ボックス３１の内部を貫通するように配設されてもよい。このような構成も，電装ボックス３１に分岐管の熱を効率よく伝達することができ，電装ボックス３１の保温効果を高めることになる。
また，分岐管２９を外側タンク２に直接連結し，分岐管２９に循環用ポンプを設ける構成としてもよい。

本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯装置の制御ブロック図。 電装ボックス保温水循環経路の具体的配設状態を示す図。 従来技術に係るヒートポンプ式給湯装置の制御ブロック図。

符号の説明

１…内側タンク
２…外側タンク（貯湯タンク）
３…タンクユニット
１ａ…給水部
１ｂ…出湯部
５…水熱交換器
７…ヒートポンプユニット
９…加熱機器
１１…圧縮機
１７…冷凍サイクル
２１…流出水循環経路
３１…電装ボックス
Ａ…ヒートポンプ式給湯装置

Claims (7)

1. 圧縮機と，冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器と，を有する冷凍サイクルと，
   前記水熱交換器によって生成される温水を貯湯する貯湯タンクと，
   少なくとも前記冷凍サイクルを制御する電装部と，
   を備えるヒートポンプ式給湯装置において，
   前記電装部に伝熱可能な位置に配設された電装部保温水循環経路と，
   前記電装部の周辺温度あるいは外部の気温を検出する外気温検出手段と，を備え，
   前記外気温検出手段により検出された温度が所定温度以下であると，前記電装部保温水循環経路に温水を循環させることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 電装部保温水循環経路は，前記貯湯タンクに連結されている請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記貯湯タンクと前記水熱交換器との間で前記温水を循環する流出水循環経路に前記電装部保温水循環経路が連結されている請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 給水部と出湯部とを備えた内側タンクと，該内側タンクに接してその外側に設けられ，接続された加熱機器に加熱された水を循環させる外側タンクとを備えたタンクユニットと，
   前記外側タンクから排出される水を加熱する水熱交換器を備え，上記水熱交換器で加熱された水を再度上記外側タンクに循環させるヒートポンプユニットと，
   前記ヒートポンプユニット内に設けられ，該ヒートポンプユニット内の機器を制御するための電装品を収納する電装ボックスとを備えたヒートポンプ式給湯装置において，
   前記外側タンクから前記ヒートポンプユニット内の水熱交換器に向かう循環水の流出水循環経路に切り替え弁を介して接続され，前記電装ボックスに伝熱可能な位置に配設された電装ボックス保温水循環経路と，
   前記ヒートポンプユニット内部あるいは外部の気温を検出する外気温検出手段と，
   前記外気温検出手段が予め定められた低い外気温を検出した場合に，前記切り替え弁を制御して前記流出循環経路を流れる水の一部または全部を前記電装ボックス保温水循環経路に循環させて，上記電装ボックスを保温する切り替え弁制御手段とを備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記電装ボックス保温水循環経路が，前記電装ボックスの周囲を囲むように配設されてなる請求項４記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記電装ボックス保温水循環経路が，前記電装ボックスの内部を貫通してあるいは電装ボックスに沿って配設されてなる請求項４記載のヒートポンプ式給湯装置。
7. 前記予め定められた低い温度が−２０℃である請求項４〜６のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。

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