JP2009103430A

JP2009103430A - ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP2009103430A
Application number: JP2008214956A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Takatani; 隆幸高谷; Shinji Watanabe; 伸二渡辺; Kazuhiko Marumoto; 一彦丸本; Katsuhiro Wada; 克広和田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】蓄熱ユニットに蓄えられている残蓄熱量を把握でき、給湯負荷が少ない場合、蓄熱ユニットに蓄熱する蓄熱量を少なく制御でき、また、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる省エネ性に優れたヒートポンプ給湯装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機２１、給湯用熱交換器２２、膨張弁２３、及び蒸発器２４を配管で接続したヒートポンプサイクル２０と、ヒートポンプサイクル２０を用いて加熱された液体を蓄熱する蓄熱ユニット３１とを備え、蓄熱ユニット３１、循環ポンプ３８、給湯用熱交換器２２を配管で接続し、蓄熱ユニット３１の残蓄熱量を算出するもので、安易な方法で、精度よく、蓄熱ユニット３１の残蓄熱量を把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニット３１に蓄熱する蓄熱量を少なく制御でき、蓄熱ユニット３１からの放熱ロスを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。

従来から、種々のヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が提案されており、図４に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。

図４は前記公報に記載された従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図４において、圧縮機１、蓄熱装置２、蓄熱用伝熱管３、絞り装置４、蒸発器５からなる冷媒循環回路と、蓄熱装置２、給水管１１、出湯用伝熱管１２、流量制御弁１３、混合弁１４、バイパス管１５、給湯管１６を接続した給湯回路からなる。

蓄熱を行う場合、圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガスは蓄熱装置２に流入し、蓄熱用伝熱管３を流れるときに蓄熱装置２の蓄熱材（図示せず）と熱交換を行って冷却され、凝縮する。蓄熱用伝熱管３を出た冷媒は絞り装置３で減圧され、蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に戻る。

蓄熱運転を終了する場合、圧縮機１の吐出側に高圧遮断用圧力スイッチ６を設け、冷媒回路の高圧圧力が所定値に達したときに圧縮機１の運転を停止するようにしている。この高圧圧力が所定値は、蓄熱材の温度が潜熱域での蓄熱終了直後の温度に達したときの冷媒の高圧圧力である。

給湯を行う場合、水道水の一方は、給水管１１を通り、出湯用伝熱管１２へ導入され、蓄熱装置２の蓄熱材と熱交換を行い、水道水は加熱される。加熱された水道水は、流量制御弁１３を通り、混合弁１４に流入する。また、水道水の他方は、給水管１１、バイパス管１５を通り、混合弁１４に流入する。この混合弁１４で所望温度に混合され、給湯管１６から給湯するものである。
特開２００４−１０１０３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転が終了した時、蓄熱装置には常に最大蓄熱量を蓄熱した状態となり、例えば、この蓄熱装置に蓄熱できる５０％の蓄熱量を蓄熱したいという要望にこたえられないという課題を有していた。また、蓄熱運転完了から給湯負荷が発生するまで長時間経過した場合、この蓄熱装置に蓄熱できる１００％の蓄熱量を蓄熱しているため大気に放熱するロスも多くなるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、蓄熱ユニットに蓄えられている残蓄熱量を把握でき、給湯負荷が少ない場合、蓄熱ユニットに蓄熱する蓄熱量を少なく制御でき、また、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる省エネ性に優れた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、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄熱する蓄熱ユニットとを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記蓄熱ユニットの残蓄熱量を
算出することを特徴とするもので、蓄熱ユニットの残蓄熱量を把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄熱する蓄熱ユニットとを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記蓄熱ユニットの残蓄熱量を算出することを特徴とするもので、蓄熱ユニットの残蓄熱量を把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

第２の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ給湯装置において、蓄熱ユニットに配設した温度検出手段を用いて、残蓄熱量を算出することを特徴とするもので、安易な方法、すなわち、複数の温度検出手段から検出した温度によって、蓄熱ユニットに蓄えられている残蓄熱量を精度良く算出し、把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

第３の発明は、特に、第２の発明のヒートポンプ給湯装置において、蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路とから構成されることを特徴とするもので、単位体積あたりの蓄熱量が、水より多い潜熱蓄熱材を採用しているので、同じ熱量を蓄熱する場合、小型化が可能となる。

第４の発明は、特に、第３の発明のヒートポンプ給湯装置において、温度検出手段は、潜熱蓄熱材の温度を検出することを特徴とするもので、残蓄熱量をさらに精度良く算出し、把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか一つの発明において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するもので、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、本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、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。

図１において、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冷凍回路について説明する。

ヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、液体冷媒熱交換器である給湯用熱交換器２２、絞り装置である膨張弁２３、及び蒸発器２４を配管で接続している。また、蒸発器２４に送風するためのファン２５を設けている。

本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。

次に、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給湯回路について説明する。

蓄熱ユニット３１は、潜熱蓄熱材３２と液体循環路３３から成っている。また、蓄熱ユニット３１の第１の温度検出手段３１Ａ、第２の温度検出手段３１Ｂ、第３の温度検出手段３１Ｃ、第４の温度検出手段３１Ｄを設置している。また、蓄熱ユニット３１の第一底部配管３４は、減圧弁３５を介して水道管等の水供給配管３６に接続されている。

また、蓄熱ユニット３１の第二底部配管３７は、循環ポンプ３８を介して給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａの流入側と接続し、蓄熱ユニット３１の第一上部配管３９と接続されている。また、蓄熱ユニット３１の第二上部配管４０は、キッチン、又は洗面所等の蛇口や風呂端末（図示せず）に接続されている。コントローラ５０は、残蓄熱量算出手段５１から成り、残蓄熱量を算出する。

次に、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蓄熱運転動作について説明する。

まず、使用者が蛇口を開くと第二上部配管４１から出湯される。蓄熱ユニット３１の残蓄熱量が少なくなると、圧縮機２１が起動し、ヒートポンプサイクル２０が運転を開始する。圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器２２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。ファン２５は、圧縮機２１の運転状態に応じた回転数に設定される。

循環ポンプ３８により蓄熱ユニット３１からの水は、蓄熱ユニット３１の第二底部配管３７を通り、給湯用熱交換器２２の水用配管２２Ａに導かれ、高温の湯に加熱され、蓄熱ユニット３１に流入する。

図２は、本発明の第１の形態におけるヒートポンプ給湯装置の残蓄熱量算出のフローチャートである。

次に、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残蓄熱量算出方法について図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、電源がＯＮされると（ステップ１）、第１の温度検出手段３１Ａ、第２の温度検出手段３１Ｂ、第３の温度検出手段３１Ｃ、第４の温度検出手段３１Ｄで、それぞれ第１の温度Ｔ１、第２の温度Ｔ２、第３の温度Ｔ３、第４の温度Ｔ４を検出する（ステップ２）。次に、ステップ２で検出した第１〜第４の温度が所定温度以上（例えば、６０℃）以
上か判断され（ステップ３）、６０℃以上の場合６０℃に置き換えられる（ステップ４）。

この６０℃は、潜熱蓄熱材３２の融点に相当する温度である。ステップ３で、６０℃未満の場合、検出された温度とする（ステップ５）。すなわち、ステップ３で、Ｔ１＝６３℃、Ｔ２＝６２℃、Ｔ３＝５７℃、Ｔ４＝５５℃の場合、ステップ４、ステップ５でＴ１＝６０℃、Ｔ２＝６０℃、Ｔ３＝５７℃、Ｔ４＝５５℃となる。次に、（式１）で表す様に平均温度Ｔａｖｅを算出する（ステップ６）。

次に、残蓄熱量算出手段５１で（式２）で表す様に残蓄熱量を算出する（ステップ７）。

従って、安易な方法で、精度よく、蓄熱ユニットの残蓄熱量を把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

図３は、本発明の第１の形態におけるヒートポンプ給湯装置の潜熱蓄熱材の構成図である。

次に、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潜熱蓄熱材と温度検出手段との構成について図３を用いて説明する。

３１Ａ〜３１Ｄは、第１〜第４の温度検出手段、３２は、潜熱蓄熱材であり、温度検出手段およびそのコードを潜熱蓄熱材３２に埋め込むような構成とする。すなわち、温度検出手段３１Ａ〜３１Ｄおよびそのコードと、潜熱蓄熱材３２をあわせて例えば、直方体を形成した構成とする。

従って、潜熱蓄熱材３２と液体循環路が面で接触することが可能となり、熱伝導が促進されると共に、温度検出手段では、潜熱蓄熱材３２の温度を直接測定でき、測定精度が向上する。

以上のように本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、精度よく、蓄熱ユニットの残蓄熱量を把握しているので、学習制御等により給湯負荷が少ないと予測される場合、蓄熱ユニットの残蓄熱量が少ない状態で、ヒートポンプサイクルの運転を停止させる。また、常に全量蓄熱していないので、給湯負荷がない場合でも、蓄熱ユニットからの放熱ロスを低減できる。

また、本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。

また、本実施の形態では、潜熱蓄熱剤については、特に説明していないが、１種類の潜熱蓄熱剤、または融点の異なる２種類以上の潜熱蓄熱剤を充填してもよい。

また、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル２０を備えたヒートポンプ給湯装置を用いて説明したが、２つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。

また、本実施の形態で、複数の温度検出手段については、４個で説明したが、温度検出手段の個数は４個以外でもよい。

また、本実施の形態では、複数の温度検出手段の設置位置を、５個の潜熱蓄熱材の上から１個、２個、４個、５個目に設置して説明したが、それ以外の位置でもよい。

また、本実施の形態では、潜熱蓄熱材と温度検出手段の構成は、潜熱蓄熱材の中心近傍に温度検出手段を埋め込むような形状で、全体として直方体になるように説明したが、ものづくりの観点から、潜熱蓄熱材の中心近傍に温度検出手段を埋めこまなくても潜熱蓄熱材の温度が計測でき、全体として直方体であればそれ以外の構成でもよい。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、容易に蓄熱ユニット蓄熱することが可能となるので、その蓄熱熱量を利用した暖房等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図同ヒートポンプ給湯装置の残蓄熱量算出のフローチャート同ヒートポンプ給湯装置の潜熱蓄熱材の構成図従来のヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

２０ヒートポンプサイクル
２１圧縮機
２２給湯用熱交換器
２３膨張弁
２４蒸発器
３１蓄熱ユニット
３８循環ポンプ
５１残蓄熱量算出手段

Claims

圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄熱する蓄熱ユニットとを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記蓄熱ユニットの残蓄熱量を算出することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
蓄熱ユニットに配設した温度検出手段を用いて、残蓄熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路とから構成されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
温度検出手段は、潜熱蓄熱材の温度を検出することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯装置。
ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。