JP2009074736A - Heat pump type hot water supply device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ヒートポンプユニットで生成された温水を貯留すると共に、所定の給湯箇所に給湯するための貯湯タンクを備えたヒートポンプ式給湯装置に関するもので、特にヒートポンプユニットおよび貯湯タンクを環状に接続する配管等の凍結防止に関するものである。 The present invention relates to a heat pump hot water supply apparatus that stores hot water generated by a heat pump unit and includes a hot water storage tank for supplying hot water to a predetermined hot water supply location, and in particular, a pipe that connects the heat pump unit and the hot water storage tank in an annular shape This is related to the prevention of freezing.
従来よりこの種の給湯装置では、熱量を供給するヒーポンユニットと、このヒートポンプユニットで生成された温水を貯留すると共に、所定の給湯箇所に給湯するための貯湯タンクと、前記ヒートポンプユニットで生成された温水を、前記貯湯タンクに循環供給する循環ポンプと、前記ヒートポンプユニットより流出した温水を、前記貯湯タンクを経て再び前記ヒートポンプユニットに戻すための第1温水循環経路と、前記ヒートポンプユニットより流出した温水を、前記貯湯タンクを迂回して再び前記ヒートポンプユニットに戻すための第2温水循環経路と、前記第1温水循環経路と前記第2温水循環経路とを切り替える三方弁と、外気温度または循環水温度を検出する温度検出手段を有し、沸き上げ運転の停止中に前記第2温水循環経路に切り替えるように前記経路切替手段を制御すると共に、前記温度検出手段によって検出される温度が所定値以下の時には、少なくとも前記循環ポンプの運転を開始する運転制御装置とを備えることで、沸き上げ運転の停止中で低外気温時における温水循環経路の凍結を防止するものであった。(例えば、特許文献1参照)
ところでこの従来のものでは、第2温水循環経路での凍結防止運転が一定時間継続した場合、三方弁を第1温水循環経路側切り換えて凍結防止運転を行った場合、貯湯タンク上部から冷水が流入されるのでタンク高温部が混合され内部温度が低下する問題があった。そして上部に冷水が貯まることで出湯温度が変動するおそれがあった。
また貯湯タンク上部へに冷水の流入を抑えるために、循環ポンプの流量を落として流入速度を極端に低下した場合にはヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットを接続し、外気に直接接する配管部分が凍結するおそれが有った。
また第1第2温水循環経路を交互に凍結防止運転を行った場合には、循環ポンプの駆動時間が多くなり循環ポンプの耐久性が低下する問題があった。
By the way, in this conventional system, when the freeze prevention operation in the second hot water circulation path continues for a certain period of time, when the three-way valve is switched to the first hot water circulation path side to perform the freeze prevention operation, cold water flows from the upper part of the hot water storage tank. Therefore, there is a problem that the high temperature part of the tank is mixed and the internal temperature is lowered. And there was a possibility that the temperature of the hot water fluctuated due to cold water stored in the upper part.
In addition, in order to suppress the inflow of cold water to the upper part of the hot water storage tank, when the flow rate of the circulation pump is reduced and the inflow speed is extremely reduced, the heat pump unit and the hot water storage tank unit are connected, and the piping part directly in contact with the outside air is frozen. There was a fear.
In addition, when the freeze prevention operation is alternately performed on the first and second hot water circulation paths, there is a problem that the drive time of the circulation pump is increased and the durability of the circulation pump is lowered.
この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、ヒートポンプユニット内に圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧器、蒸発器を有する冷凍回路を備え、タンクユニット内に前記冷凍回路の冷媒対水熱交換器で加熱された水を貯留可能に循環させる貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置に於いて、前記貯湯タンクの下部と冷媒対水熱交換器とを接続するヒーポン往き管と、前記冷媒対水熱交換器と貯湯タンクの上部とを接続するヒーポン戻り管と、貯湯タンクの下部と水道を接続する給水管と、前記ヒーポン往き管に循環ポンプを備え、前記貯湯タンクとヒーポン往き管と冷媒対水熱交換器とヒーポン戻り管を連通してヒーポン循環回路を形成し、前記ヒーポン戻り管に三方弁を設け、この三方弁と給水管をバイパス管にて接続することで凍結防止バイパス回路を形成し、前記三方弁にてヒーポン循環回路と、凍結防止バイパス回路と、ヒーポン循環回路と凍結防止バイパス回路を同時に連通する回路を切り換え可能としたものである。 The present invention pays attention to this point and solves the above-mentioned drawbacks. In particular, the configuration includes a refrigeration circuit having a compressor, a refrigerant-to-water heat exchanger, a decompressor, and an evaporator in the heat pump unit, and the tank unit includes In a heat pump type hot water supply apparatus having a hot water storage tank for circulating the water heated by the refrigerant to water heat exchanger of the refrigeration circuit, the lower part of the hot water storage tank and the refrigerant to water heat exchanger are connected to each other A heat pump return pipe, a heat pump return pipe connecting the refrigerant to water heat exchanger and the upper part of the hot water storage tank, a water supply pipe connecting the lower part of the hot water storage tank and the water supply, and a circulation pump in the heat pump forward pipe, The hot water storage tank, the heat pump forward pipe, the refrigerant-to-water heat exchanger, and the heat pump return pipe are connected to form a heat pump circulation circuit, and a three-way valve is provided in the heat pump return pipe, and the three-way valve and the water supply pipe are connected to the bypass pipe. Are connected to each other to form a freeze prevention bypass circuit, and the three-way valve allows switching between the heat pump circulation circuit, the freeze prevention bypass circuit, and the circuit that simultaneously connects the heat pump circulation circuit and the freeze prevention bypass circuit. .
この発明によれば、低外気温時における沸き上げ運転の停止中にヒートポンプ式給湯装置のヒーポン循環回路や凍結防止バイパス回路の各配管の効率的な凍結防止、および凍結防止運転時の貯湯タンク上部への冷水の入り込みを最小限に抑え、出湯温度の変動を少なくするものである。 According to the present invention, the heat pump circulation circuit of the heat pump type hot water supply apparatus and the antifreeze bypass circuit in each pipe in the heat pump hot water supply apparatus during the stoppage of the boiling operation at low outside air temperature are effectively prevented from freezing and the upper part of the hot water storage tank during the freezing operation. This minimizes the entry of cold water into the water and reduces the fluctuation of the hot water temperature.
次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク2等を収納する貯湯タンクユニット、3は貯湯タンク2内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニットで、内部には圧縮機4と凝縮器としての冷媒−水熱交換器5と減圧装置としての電子膨張弁6と強制空冷式の蒸発器7とで構成され、このヒートポンプユニット3の冷凍サイクルには冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。また、前記圧縮機4や電子膨張弁6等によりヒートポンプサイクルを駆動制御するヒーポン制御部8を設けている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Reference numeral 1 denotes a hot water storage tank unit for storing a hot
9は前記貯湯タンク2の下部と冷媒−水熱交換器5を接続するヒーポン往き管で、循環ポンプ10が取り付けられている。
11は前記貯湯タンク1の下部に水道を接続し、水道水を供給する給水管である。
12は前記冷媒−水熱交換器5と貯湯タンク2の上部とを接続するヒーポン戻り管で、タンクユニット1内の前記ヒーポン戻り管12には三方弁13を設け、この三方弁13と前記給水管11を接続してバイパス管14を備えている。
A heat pump
Reference numeral 11 denotes a water supply pipe for connecting a water supply to the lower part of the hot water storage tank 1 to supply tap water.
A heat
前記三方弁13はヒートポンプユニット3側の戻り管12aと接続される上流側接続口13aと、貯湯タンク2上部側の戻り管12bと接続される下流側接続口13bと、前記バイパス管14と接続されるバイパス側接続口13cを備え、深夜に行われる沸き上げ運転時には上流側接続口13aと下流側接続口13bを連通して、貯湯タンク1→循環ポンプ10→ヒーポン往き管9→冷媒−水熱交換器5→戻り管12a→三方弁13→戻り管12b→貯湯タンク2のヒーポン循環回路15によって沸き上げ運転を行うものである。
The three-
16は凍結防止バイパス回路で、三方弁13の上流側接続口13aとバイパス側接続口13cを連通して、貯湯タンク1→循環ポンプ10→ヒーポン往き管9→冷媒−水熱交換器5→戻り管12a→三方弁13→バイパス管14→給水管11→貯湯タンク2の順番で貯湯タンク2下部の水を循環することで、タンクユニット1とヒートポンプユニット3の間のヒーポン往き管9、ヒーポン戻り管12で一番温度が低下して凍結のおそれが大きい部分の凍結防止を行うものである。
Reference numeral 16 denotes an antifreezing bypass circuit, which connects the upstream side connection port 13a and the bypass side connection port 13c of the three-
前記三方弁13は上流側接続口13aと下流側接続口13bとバイパス側接続口13cの3方向を同時に連通する機能を備えるものである。外気温が低くいとき配管の凍結は、まず温水循環経路の一番温度の低いところから凍結するので、ヒーポン往き管9とヒーポン戻り管12の外気に直接接する部分の温度が低くなるので通常の凍結防止運転では、凍結防止バイパス回路16に貯湯タンク1下部の水を循環することでバイパス回路16の凍結防止を行う。
The three-
タンクユニット1内は外気よりも約5℃温度が高いために、外気と直接接する配管よりは凍結の可能性は低くなる。そこで三方弁13の3方向の接続口を同時に連通することで、温度の低い配管部分は大きな流量で、比較的温度の高いタンクユニット1内の配管は約半分の流量で水を流す事によって効率的に配管の凍結防止を行うことができるものである。
Since the temperature inside the tank unit 1 is about 5 ° C. higher than that of the outside air, the possibility of freezing is lower than that of the pipe that directly contacts the outside air. Therefore, by connecting the three-way connection ports of the three-
17は前記貯湯タンク2の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管。18は前記給水管11から出湯側へ水道水を導く給水バイパス管。19は前記出湯管17からの湯水と前記給水バイパス管18からの水道水を給湯設定温度に混合する給湯混合弁。20は前記給湯混合弁19から給湯栓21に湯を供給する給湯管。22は給湯管20に設けた給湯温度センサ。23は給湯管20に設けた給湯流量センサ。24は前記給水管11に備えた給水温度センサ。25は前記給水管11に備えた減圧弁。26は前記給水管11に備え、タンク2内の水が水道側に逆流することを防止する逆止弁。27は前記出湯管17に接続された過圧逃し弁。28は台所等に設置され、給湯装置の運転停止や給湯温度の設定や各種運転モードの設定を行うリモコンで、前記貯湯タンクユニット1と接続されている。29は前記ヒーポン制御部8やリモコン28と接続され給湯装置全体の制御を行う給湯制御装置である。
30は前記貯湯タンク2の側面上下方向に多数のサーミスタセンサを備えた貯湯温度センサで、貯湯タンク2内の温水の温度と湯量を検知するものである。
31は前記蒸発器7の熱交換を行うためにプロペラファンにて送風する送風機。32は前記蒸発器7の風上側に設けられ、外気温を測定する外気温センサ。33は前記冷媒−水熱交換器5とヒーポン往き管9の接続部分に設けた熱交入口温度センサで、加熱する前の冷水温度を検知する。34は前記冷媒−水熱交換器5とヒーポン戻り管12接続部分に設けた熱交出口温度センサで、加熱後の温水温度を検知するものである。
31 is a blower which blows with a propeller fan in order to perform heat exchange of the evaporator 7. An outside
前記リモコン28には押圧式の電源スイッチ35、給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ36、浴槽(図示せず)への湯張りを指示する湯張りスイッチ37、湯張り量を設定する湯張り量設定スイッチ38、及び給湯可能な残時間を表示させる残時間表示スイッチ39とを有した操作部40と、ドットマトリクス型の蛍光表示管よりなる表示部41と、これら操作部40及び表示部41を制御すると共に、前記給湯制御部29と通信を行うマイクロコンピュータを主に構成されたリモコン制御部(図示せず)を備えており、通常運転時は前記表示部41に操作部40で設定された給湯設定温度や時刻情報および貯湯温度センサ22で検知する残り貯湯量等が表示されるものである。なお、前記表示部41はドットマトリクス型の液晶表示部としても良い。
The
ここで、給湯装置の電源は時間帯別電灯であり、夜間(ここでは23時から翌7時まで)が割安な電力料金設定となっているもので、この割安な夜間電力を用いて夜間に一日に必要な貯湯熱量を沸かし上げて使用するものであり、また、この時間帯別電灯では昼間(7時から23時まで)にも電力は供給され、残湯量が少なくなったときに追加の沸き増しが行われるものである。 Here, the power supply of the hot water supply device is an electric light according to time zone, and it is set at a cheap electricity rate at night (here from 23:00 to 7:00 the next day). It heats up the amount of hot water required for the day and uses it for this purpose. Also, with this hourly lamp, power is supplied even during the daytime (from 7:00 to 23:00), and is added when the amount of remaining hot water decreases. Is heated.
そして、夜間時間帯になると前記給湯制御部29が翌日に必要な貯湯熱量を演算し、この目標となる貯湯熱量を夜間時間帯の終了時までに沸き上げるようヒーポン制御部8に指示してヒートポンプ回路を作動させ、ヒーポン循環回路15の循環ポンプ10を駆動開始する。そして、循環ポンプ10の駆動により貯湯タンク2下部から取り出された湯水がヒーポン往き管9を通り冷媒−水熱交換器5に流入して加熱され、ヒーポン戻り管12を介して貯湯タンク2の上部に戻されることにより高温の湯が貯湯される。
When the night time zone is reached, the hot water
更に貯湯タンク2の側面に設けられた貯湯温度センサ30が所定の量の高温水が貯湯されたことを検出するか、または、熱交入口温度センサ33が所定温度以上を検出すると、給湯制御部29がヒーポン制御部8へ加熱動作の停止を指令し、ヒーポン循環回路15と循環ポンプ10の作動が停止され、夜間時間帯の終了時までに貯湯動作を終了するものである。
Further, when the hot water
なお、ここで貯湯タンク2内に貯湯される熱量は給湯制御部29により、過去数日分の給湯負荷から適切と思われる熱量を目標貯湯熱量として算出されるもので、貯湯される湯水の温度は季節(または給水温度センサ24で検出する給水温度)および目標貯湯熱量の大小によって60℃〜90℃の範囲で変動するものである。
Here, the amount of heat stored in the hot
次に給湯栓21を開くと、給水管11からの給水圧により貯湯タンク2上部の高温水が出湯管17に押し出され、給湯制御部29により制御される給湯混合弁19にて、給水バイパス管18の低温水と給湯温度センサ22の検出する温度が、前記リモコン28の操作部40で設定された給湯設定温度になるように混合されて、給湯管20を介して給湯されるものである。
Next, when the
もしも給湯量が通常よりも多くなってしまい、昼間電力時間帯にて貯湯温度センサ30で検出する残り貯湯量が少なくなったことを給湯制御部29が検知し、貯湯タンク2内に貯湯された湯の湯切れが予想される場合は、その時点にて昼間電力を利用して必要な熱量の沸き増しが行われるものである。
If the amount of hot water supply becomes larger than usual, the hot water
次に図2によって、沸き上げ運転停止中の凍結防止運転の第1の実施例について説明する。S1にて沸き上げ運転が停止しているときのみに凍結防止運転を行う。沸き上げ運転中には貯湯を行うためにヒーポン循環回路15に温水が循環し、貯湯タンク2にも高温の湯が増加していくので、ヒーポン循環回路15が凍結する心配は必要ない。S2にて外気温センサ32や熱交入口温度センサ33、給水温度センサ24等の各温度センサの読込を行う。
Next, with reference to FIG. 2, a first embodiment of the anti-freezing operation while the boiling operation is stopped will be described. The freeze prevention operation is performed only when the boiling operation is stopped in S1. During the boiling operation, hot water circulates in the heat pump circulation circuit 15 to store hot water, and hot water also increases in the hot
次にS3にて外気温センサ32の現在値Tが所定温度T1(例えば3℃)より低いかを比較する。Yesの場合はS4へ進み、NoではS2へ戻る。S4では三方弁13を上流側接続口13aとバイパス側接続口13cが連通するようにバイパス管14側に切り換え、循環ポンプ10を運転すれば、凍結防止バイパス回路16に貯湯タンク2下部の水が循環を始める。そしてタイマtをスタートさせる。S5ではタイマtが第1の所定時間t1(この実施例では2時間)経過したかを比較して、Yesの場合はS6に進み、Noの場合はS5に留まる。
Next, in S3, it is compared whether the current value T of the outside
S6では三方弁13を上流側接続口13aと下流側接続口13bとバイパス側接続口13cが3方向で連通し、バイパス管14側と戻り管12b側に同時に水が流れる運転を第2の所定時間t2(この実施例では30秒間)行うことで、戻り管12bにも約半部の流量の水が流れ凍結を防止するものである。貯湯タンクユニット1内の温度と外気温は約5℃ほどの温度差有るので、戻り管12bとバイパス管14は外気に直接さらされる配管部分よりも凍結の条件は良いので半分の流量でも凍結防止ができるものである。また、この運転によって貯湯タンク2上部に入り込む冷水は極めて少量であるために貯湯タンク2内の温水へ与える影響も極めて少ないものである。
In S6, the operation of the three-
次にS7では外気温センサ32の値Tが所定温度T1(3℃)より大きくなったかを比較し、YesであればS8へ進み、NoであればS2に戻る。S8では凍結防止運転が必要ないとの判断から循環ポンプ10を停止して、タイマtも停止し、S2に戻るものである。
Next, in S7, it is compared whether or not the value T of the outside
このように、ヒーポン循環回路15や凍結防止バイパス回路16の各配管の効率的な凍結防止と、凍結防止運転時の貯湯タンク2上部への冷水の入り込みを最小限に抑えることができ、出湯温度の変動の少なくできるものである。
またこの実施例では外気温センサ32の値を基に凍結防止の制御を行ったが、外気温センサ32に変えて熱交入口温度センサ33や給水温度センサ24の値を使用しても同じ効果が得られるものである。
In this way, efficient freezing prevention of each pipe of the heat pump circulation circuit 15 and the freezing prevention bypass circuit 16 and the entry of cold water into the upper part of the hot
In this embodiment, the freeze prevention control is performed based on the value of the outside
次に図3によって、第2の実施例について説明する。S9にて沸き上げ運転が停止しているときのみに凍結防止運転を行う。次にS10にて外気温センサ32や熱交入口温度センサ33、給水温度センサ24等の各温度センサの読込を行う。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The freeze prevention operation is performed only when the boiling operation is stopped in S9. Next, in S10, reading of each temperature sensor such as the outside
次にS11にて外気温センサ32の現在値Tが所定温度T1(例えば3℃)より低いかを比較する。Yesの場合はS12へ進み、NoではS10へ戻る。S12では三方弁13を上流側接続口13aとバイパス側接続口13cが連通するようにバイパス管14側に切り換え、循環ポンプ10を運転すれば、凍結防止バイパス回路16に貯湯タンク2下部の水が循環を始める。S13では外気温センサ32が第1の所定温度T1(3℃)より低い第2の所定温度T2(例えば−3℃)より低くなくかを比較し、Yesの場合はS14へ進み、Noの場合はS10へ戻る。
Next, in S11, it is compared whether the current value T of the outside
次にS14では、三方弁13を上流側接続口13aと下流側接続口13bとバイパス側接続口13cが3方向で連通し、バイパス管14側と戻り管12b側に同時に水が流れる運転を行うことで、戻り管12bにも約半部の流量の水が流れ凍結を防止するものである。貯湯タンクユニット1内の温度と外気温は約5℃ほどの温度差有るので、戻り管12bとバイパス管14は外気に直接さらされる配管部分よりも凍結の条件は良いので半分の流量でも凍結防止ができるものである。また、この運転によって貯湯タンク2上部に入り込む冷水は極めて少量であるために貯湯タンク2内の温水へ与える影響も極めて少ないものである。
Next, in S14, the three-
次にS15では現在の外気温Tと第1の所定温度T1、第2の所定温度T2を比較して、両温度の間にある時に、S12へ戻り、そうでないときはS14へ戻る。このように、ヒーポン循環回路15や凍結防止バイパス回路16の各配管の効率的な凍結防止と、凍結防止運転時の貯湯タンク2上部への冷水の入り込みを最小限に抑えることができ、出湯温度の変動の少なくできるものである。
またこの実施例では外気温センサ32の値を基に凍結防止の制御を行ったが、外気温センサ32に変えて熱交入口温度センサ33や給水温度センサ24の値を使用しても同じ効果が得られるものである。
Next, in S15, the present outside air temperature T is compared with the first predetermined temperature T1 and the second predetermined temperature T2, and when the temperature is between both temperatures, the process returns to S12, and otherwise, the process returns to S14. In this way, efficient freezing prevention of each pipe of the heat pump circulation circuit 15 and the freezing prevention bypass circuit 16 and the entry of cold water into the upper part of the hot
In this embodiment, the freeze prevention control is performed based on the value of the outside
1 貯湯タンクユニット
2 貯湯タンク
3 ヒートポンプユニット
5 冷媒−水熱交換器
8 ヒーポン制御部
9 ヒーポン往き管
10 循環ポンプ
12 ヒーポン戻り管
13 三方弁
14 バイパス管
15 ヒーポン循環回路
16 凍結防止バイパス回路
29 給湯制御部
32 外気温センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water
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