JP2009097826A

JP2009097826A - ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP2009097826A
Application number: JP2007271168A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujitaka; 章藤高
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: JP5176474B2

Abstract

【課題】貯湯槽内の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を実施できるヒートポンプ給湯装置を提供すること。
【解決手段】給湯回路４６の給湯用熱交換器３２下流側に設けた三方弁４４と、前記三方弁４４と前記給湯回路４６の第一循環ポンプ４３の上流側とを接続したバイパス回路４７と、前記バイパス回路４７に設けた放熱手段４８と、前記放熱手段４８に第二循環ポンプ４９を介して接続形成した加熱回路と、圧縮機３１の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサー５６と、前記加熱回路に設けられ前記放熱手段４８に流入する熱媒体の温度を検知する温度センサー５３とを備え、前記吐出温度センサ５６ーの検出温度と前記温度センサー５３の検出温度とに基づいて、前記第一循環ポンプ４３と前記第二循環ポンプ４９とを動作させることを特徴とするもの。
【選択図】図１

Description

本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。

従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図２に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。

図２に示すように、この給湯機は貯湯槽２と、ヒートポンプ３による加熱源を備え、貯湯槽２の下部から沸上げ管11でヒートポンプ３と接続し、ヒートポンプ３から貯湯槽２上部へ接続している。

また、浴槽６内の湯水を加熱するための風呂加熱熱交換器１９において、利用側は風呂循環ポンプ２７により、浴槽１３内の湯水を循環するように接続され、また熱源側は循環ポンプ１７により貯湯槽２上部の高温の湯を循環して貯湯槽２の下部に環流している。

この様に、風呂循環ポンプ２７と循環ポンプ１７を動作させることにより熱源側の高温水と利用側の低温水が風呂加熱熱交換器１９で熱交換することにより浴槽６内の湯水の保温あるいは追い焚きが行われる。また、熱源側の高温水は貯湯槽２の上部より循環ポンプ１７により風呂加熱熱交換器１９に送られ、利用側の低温水と熱交換した後、貯湯槽２下部付近に環流される。
特開２００４−２９３８３７号公報

しかしながら、上記構成では、風呂加熱熱交換器１９での熱交換より３０〜５０℃程度の中温水が貯湯槽２に貯まっていく。中温水は湯温が低いため風呂の追い焚きに用いることはできない。また、中温水をそのまま貯留しておくと貯湯槽２内の蓄熱量が減少するため湯切れの原因となる。そのため、中温水をヒートポンプ３で加熱することになるが、湯水の温度が高いためヒートポンプ３の効率低下を招くと言う課題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、貯湯槽内の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を実施できるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

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装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、第一循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順に介して貯湯槽内の水を加熱する給湯回路と、前記給湯回路の前記給湯用熱交換器下流側に設けた三方弁と、前記三方弁と前記給湯回路の前記第一循環ポンプの上流側とを接続したバイパス回路と、前記バイパス回路に設けた放熱手段と、前記放熱手段に第二循環ポンプを介して接続形成した加熱回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサーと、前記加熱回路に設けられ前記放熱手段に流入する熱媒体の温度を検知する温度センサーとを備え、前記吐出温度センサーの検出温度と前記温度センサーの検出温度とに基づいて、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプとを動作させることを特徴とするもので、貯湯槽内の温水の温度を低下させることがなく、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。

本発明によれば、貯湯槽内の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を実施できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、第一循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順に介して貯湯槽内の水を加熱する給湯回路と、前記給湯回路の前記給湯用熱交換器下流側に設けた三方弁と、前記三方弁と前記給湯回路の前記第一循環ポンプの上流側とを接続したバイパス回路と、前記バイパス回路に設けた放熱手段と、前記放熱手段に第二循環ポンプを介して接続形成した加熱回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサーと、前記加熱回路に設けられ前記放熱手段に流入する熱媒体の温度を検知する温度センサーとを備え、前記吐出温度センサーの検出温度と前記温度センサーの検出温度とに基づいて、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプとを動作させることを特徴とするもので、貯湯槽内の温水の温度を低下させることがなく、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。

第２の発明は、圧縮機の起動時および／または蒸発器に生成される霜を溶かす除霜運転時に、三方弁を給湯用熱交換器とバイパス回路とを連通させるとともに、第一循環ポンプおよび第二風呂循環ポンプを作動させることを特徴とするもので、よりエネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。また、風呂の残り湯の排熱の利用ができ、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。

第３の発明は、冷媒回路の冷媒として炭酸ガスを用いたので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。

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。

なお、各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。

図１において、圧縮機３１、給湯用熱交換器３２、絞り装置３３、蒸発器３４を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器３４は、外気を送風するためのファン３５を備えている。また、貯湯槽４１、貯湯槽下部の取水口４２、第一循環ポンプである循環ポンプ４３、給湯用熱交換器３２、三方弁４４、貯湯槽上部の温水戻り口４５を順次接続した給湯回路４６と、三方弁４４と貯湯槽下部の取水口４２と循環ポンプ４３の間の配管に放熱器である風呂加熱熱交換器４８を介して接続するバイパス回路４７を構成しており、圧縮機３１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ４３から送られてきた水を加熱するようになっている。

また、浴槽５０内の湯水を加熱するための風呂加熱熱交換器４８において、利用側は第二循環ポンプである風呂循環ポンプ４９により、浴槽５０内の湯水を循環するように接続し、加熱回路を形成している。

さらに、給湯用熱交換器３２に流入する入水温度を検知する入水温度センサー５１と給湯用熱交換器３２から流出する出湯温度を検知する出湯温度センサー５２と風呂加熱熱交換器４８に流入する入水温度を検知する風呂湯温度センサー５３と風呂加熱熱交換器４８から風呂へ戻る湯温を検知する風呂還流温度センサー５４と室外気温を検知する室外気温センサー５５、圧縮機３１の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサー５６、蒸発器３４の出口冷媒温度を検出する蒸発器出口温度センサー５７を設け、圧縮機３１の運転周波数や絞り装置３３の開度、ファン３５の回転数、循環ポンプ４３および風呂循環ポンプ４９の回転数を制御する制御装置５８を設置している。冷媒は二酸化炭素を用いている。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

通常の運転時では、ヒートポンプ給湯装置の運転を開始すると、循環ポンプ４３、ファン３５が運転され、入水温度センサー５１により貯湯槽４１から給湯用熱交換器３２に流入する入水温度が計測され、室外気温センサー５５により室外気温が計測され、吐出温度センサー５６により圧縮機３１の吐出冷媒温度が計測され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機３１の運転周波数、絞り装置３３の初期開度Ｐ１はあらかじめ設定されたテーブルから選択し、決定され、圧縮機３１の運転が開始される。

圧縮機３１より吐出された冷媒は、圧縮機３１運転開始時は低温低圧の冷媒であるが、圧縮機３１の回転数の増加に伴い、次第に高温高圧の過熱ガス冷媒となる。この時リモコンにより風呂排熱利用運転を選択された場合、浴槽の温水の温度を検出し、吐出温度と比較し吐出温度より浴槽の温水の温度が高い場合、風呂循環ポンプ４９と循環ポンプ４３を作動させ、風呂加熱熱交換器４８で温度の高い浴槽の温水とバイパス回路４７を流れる低温の水と熱交換し、バイパス回路４７で加熱された温水を給湯熱交換器に流し、温度の低い冷媒と熱交換することで、早く吐出温度を上昇させることができる。この間に、浴槽の湯温と吐出温度を比較し、吐出温度が高くなった場合は風呂循環ポンプ４９を停止し、風呂の熱利用を停止する。

そして、高温高圧となった冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ４３から送られてきた水と熱交換し加熱する。そして、冷媒は中温高圧となり、絞り装置３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。一方、循環ポンプ４３で送られた給湯水は給湯用熱交換器３２で加熱され、湯温度が給湯設定温度（例えば８０℃）より第一の所定値（例えば１０ｄｅｇ）ほど低い温度（７０℃）より低い（例えば６５℃）場合、温水は三方弁４４は給湯用熱交換器３２とバイパス回路４７を連通させるように制御され、バイパス回路４７を経て循環ポンプ４３に戻される。

さらに、湯温度が給湯設定温度（例えば８０℃）より第一の所定値（例えば１０ｄｅｇ）ほど低い温度（７０℃）より高くなると三方弁４４は給湯用熱交換器３２と貯湯槽上部の温水戻り口４５を連通させるように制御され、湯は貯湯槽４１の上部に流入し、上から次第に貯湯されて行き、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽４１内に湯が貯まって行く。沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽４１下部より循環ポンプ４３を経て流入する水温は高くなり、入水温度が設定値以上になると、貯湯槽４１に湯が貯まったと判断し、圧縮機３１、循環ポンプ４３、ファン３５の運転を停止し、沸上を完了する。

次に、風呂温度がリモコンの設定温度より低下したり、リモコンにより風呂加熱運転を選択され、ヒートポンプ給湯装置の運転が開始されると、風呂循環ポンプ４９、ファン３５が運転され、風呂湯温度センサー５３により風呂１３から風呂加熱熱交換器４８に流入する風呂湯温度が計測され、室外気温センサー５５により室外気温が計測され、吐出温度
センサー５６により圧縮機３１の吐出冷媒温度が計測され、風呂湯温度、室外気温、風呂目標温度により、圧縮機３１の運転周波数、絞り装置３３の初期開度Ｐ１はあらかじめ設定されたテーブルから選択し、決定され、圧縮機３１と循環ポンプ４３の運転が開始される。

圧縮機３１より吐出された高温高圧の冷媒は給湯用熱交換器３２に流入し、ここで循環ポンプ４３から送られてきた水と熱交換し加熱する。そして、冷媒は中温高圧となり、絞り装置３３で減圧された後、蒸発器３４に流入し、ここでファン３５で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機３１にもどる。

一方、循環ポンプ４３で送られた給湯水は給湯用熱交換器３２で加熱され、三方弁４４は給湯用熱交換器３２とバイパス回路４７を連通させるように制御され、バイパス回路４７に流入し風呂加熱熱交換器４８を経て循環ポンプ４３に戻される。この時循環ポンプ４３は風呂目標温度より一定値（例えば１０ｄｅｇ）高い温度となるように、流量を制御する。また風呂加熱熱交換器４８では、冷媒回路により加熱された温水と風呂湯を熱交換して、風呂湯を加熱する。風呂湯温度が風呂目標温度以上になると、風呂の加熱が完了したと判断し、圧縮機３１、循環ポンプ４３、風呂循環ポンプ４９、ファン３５の運転を停止し、風呂加熱運転を完了する。

その結果、従来の機器のに新たな構成部品を追加することなく、また、貯湯槽４１の湯を利用して風呂を加熱せず、ヒートポンプにより、浴槽５０内の湯水を加熱することにより、貯湯槽４１内の温水の温度を低下させることがない。

次に、室外気温が低く蒸発器３４に霜が生成し、その霜を溶かす除霜運転を行う場合、循環ポンプ４３、ファン３５を停止し、給湯運転を停止し、絞り装置３３を開き、給湯用熱交換器３２での吐出冷媒の放熱をできるだけ防ぎ、高温高圧の冷媒を蒸発器３４に流し、蒸発器３４の温度を上昇させ除霜する。

この時、三方弁４４は給湯用熱交換器３２とバイパス回路４７を連通させるように制御し、運転される。除霜運転中は蒸発器３４に高温の冷媒を流入させて除霜を行うため、冷媒は吸熱して蒸発することができず、液冷媒の状態で圧縮機３１に吸入され、圧縮機３１から吸熱して蒸発するため、圧縮機３１の吐出温度は次第に低下する。その結果、給湯用熱交換器３２には圧縮機３１の吐出冷媒が流れるため、給湯熱交換器３２の温度は吐出冷媒温度と同じ温度となる。

この時リモコンにより風呂排熱利用運転を選択された場合、浴槽の温水の温度を検出し、吐出温度と比較し吐出温度より浴槽の温水の温度が高い場合、風呂循環ポンプ４９と循環ポンプ４３を作動させ、風呂加熱熱交換器４８で温度の高い浴槽の温水とバイパス回路４７を流れる低温の水と熱交換し、バイパス回路４７で加熱された温水を給湯熱交換器に流し、温度が低下した冷媒と熱交換することで、浴槽の温水の熱を利用して蒸発器３４の霜を早く溶かすことができる。

蒸発器３４の霜が溶け、蒸発器３４出口配管の冷媒温度が上昇し、蒸発器出口温度センサー５７の出力値が設定値（例えば５℃）以上となると、除霜運転は終了する。除霜運転の間に、浴槽の湯温と吐出温度を比較し、吐出温度が高くなった場合は風呂循環ポンプ４９や循環ポンプ４３を停止し、風呂の熱利用を停止する。

除霜運転が終了すると、循環ポンプ４３、ファン３５が運転され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機３１の運転周波数および、絞り装置３３の初期開度Ｐ１はあらかじめ設定されたテーブルから選択され、決定され、給湯運転が再開
される。この時、三方弁４４は給湯用熱交換器３２とバイパス回路４７を連通させるように制御される。この時の湯温は、給湯設定温度（例えば８０℃）より低いが、圧縮機３１や給湯用熱交換器３２の温度はすぐに上昇し、湯温も上昇し、給湯設定温度（例えば８０℃）より高くなると、三方弁４４は切り替えられ、貯湯槽上部の温水戻り口４５に連通させる。

その結果、浴槽の湯の排熱を利用して除霜を行い、除霜時間を短縮することで平均エネルギー効率を向上させることができ、効率の高い給湯運転を行うことができる。

また、貯湯槽４１下部の水温上昇を防止することができるため、ヒートポンプ６でよりエネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。

なお、本実施の形態においては、放熱器を風呂加熱熱交換器４８として説明したが、床暖房機等に用いる加熱熱交換器でも良い。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、エネルギー効率の高い給湯運転が可能となるため、高温の湯を利用した空調機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるのヒートポンプ給湯装置の構成図従来のヒートポンプ給湯装置の構成図

符号の説明

３１圧縮機
３２給湯用熱交換器
３３絞り装置（減圧装置）
３４蒸発器
３５ファン
４１貯湯槽
４２貯湯槽下部の取水口
４３循環ポンプ
４４三方弁
４５貯湯槽上部の温水戻り口
４６給湯回路
４７バイパス回路
４８風呂加熱熱交換器
４９風呂循環ポンプ
５０浴槽
５１入水温度センサー
５２出湯温度センサー
５３風呂温度センサー
５４風呂戻り温度センサー
５５室外気温センサー
５６吐出温度センサー
５７蒸発器出口温度センサー
５８制御装置

Claims

圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、第一循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順に介して貯湯槽内の水を加熱する給湯回路と、前記給湯回路の前記給湯用熱交換器下流側に設けた三方弁と、前記三方弁と前記給湯回路の前記第一循環ポンプの上流側とを接続したバイパス回路と、前記バイパス回路に設けた放熱手段と、前記放熱手段に第二循環ポンプを介して接続形成した加熱回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサーと、前記加熱回路に設けられ前記放熱手段に流入する熱媒体の温度を検知する温度センサーとを備え、前記吐出温度センサーの検出温度と前記温度センサーの検出温度とに基づいて、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプとを動作させることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
圧縮機の起動時および／または蒸発器に生成される霜を溶かす除霜運転時に、三方弁を給湯用熱交換器とバイパス回路とを連通させるとともに、第一循環ポンプおよび第二風呂循環ポンプを作動させることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ給湯装置。