JP2009156495A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクユニット内の配管や主要部品の凍結を、貯湯タンクの沸き上げ運転で防止するヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】貯湯タンク７底部の湯水を往き管２３を介して前記温水流路３３に流通させて加熱し、高温となった湯水を戻し管２４を介して貯湯タンク７上部に戻し順次循環させ該貯湯タンク７に備えた貯湯温度センサ２１が沸き上げ温度を検知するまで湯水を沸き上げるもので、前記貯湯タンクユニット１内或いは外気温度を検出する外気温検知センサ３７を備え、この外気温検知センサ３７が配管等の凍結危険温度を検知し、更に貯湯温度センサ２１が貯湯タンク７内の湯温検知で第１所定温度Ｔ１以下を検知することで、貯湯タンク７内の湯水の沸き上げ運転が開始され、貯湯タンク７内湯温が第１所定温度Ｔ１より高温の第２所定温度Ｔ２に達するまで継続し、凍結を防止するものである。
【選択図】図３

Description

この発明は、ヒートポンプ回路を利用して給湯を行うヒートポンプ式給湯機の凍結防止に関するものである。

従来よりこの種のものでは、冬期など凍結の恐れがある配管や主要部品に凍結防止ヒーターを取り付けて、外気温度が凍結危険温度に低下するとこの凍結防止ヒーターに通電して、凍結による破損を防止しようとするものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００１−２１５０５５号公報

ところで近年では、特に貯湯式のものでは、コスト面からこの凍結防止ヒーターを取り付けず、貯湯の熱を利用して配管や主要部品の凍結を防止しようとするものがあるが、このものについては、貯湯している湯水が丁度夜中になくなって場合には、やはり配管や主要部品が凍結して破損する危険を完全に防止することは出来ないものであった。

この発明はこの点に着目し上記欠点を解決するため、特にその構成を、請求項１では、コンプレッサー、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び室外ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を有したヒートポンプユニットと、湯を貯える貯湯タンクを有した貯湯タンクユニット、この貯湯タンクと前記水冷媒熱交換器の温水流路とは、循環ポンプを備えた往き管及び戻り管で連通して構成した加熱循環回路とを備え、貯湯タンク底部の湯水を往き管を介して前記温水流路に流通させて加熱し、高温となった湯水を戻し管を介して貯湯タンク上部に戻し順次循環させ該貯湯タンクに備えた貯湯温度センサが沸き上げ温度を検知するまで湯水を沸き上げるものに於いて、前記貯湯タンクユニット内或いは外気温度を検出する外気温検知センサを備え、この外気温検知センサが配管等の凍結危険温度を検知し、更に貯湯温度センサが貯湯タンク内の湯温検知で第１所定温度以下を検知することで、貯湯タンク内の湯水の沸き上げ運転が開始され、貯湯タンク内湯温が第１所定温度より高温の第２所定温度に達するまで継続するようにしたものである。

又請求項２では、コンプレッサー、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び室外ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を有したヒートポンプユニットと、湯を貯える貯湯タンクを有した貯湯タンクユニット、この貯湯タンクと前記水冷媒熱交換器の温水流路とは、循環ポンプを備えた往き管及び戻り管で連通して構成した加熱循環回路とを備え、貯湯タンク底部の湯水を往き管を介して前記温水流路に流通させて加熱し、高温となった湯水を戻し管を介して貯湯タンク上部に戻し順次循環させ該貯湯タンクに備えた貯湯温度センサが沸き上げ温度を検知するまで湯水を沸き上げるものに於いて、前記貯湯タンクユニット内或いは外気温度を検出する外気温検知センサを備え、この外気温検知センサが配管等の凍結危険温度を検知し、更に貯湯温度センサが貯湯タンク内の湯量検知で第１所定湯量以下を検知することで、貯湯タンク内の湯水の沸き上げ運転が開始され、貯湯タンク内湯量が第１所定湯量より多い第２所定湯量に達するまで継続するようにしたものである。

以上のようにこの発明によれば、外気温度が凍結危険温度まで低下し、且つ貯湯タンク内の湯温が所定温度まで低下することを条件として、所定温度まで上昇するまで沸き上げ運転を行うことにより、凍結防止ヒーターを使用することなく、最小限の沸き上げ運転で低コストのままで配管や主要部品の凍結を確実に防止出来、安価でありながら安心して使用出来るようにしたものである。

次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯機を図面に基づいて説明する。
１は貯湯タンクユニット、２は加熱部を構成するヒートポンプユニット、３は給湯栓、４はリモートコントローラ、５は浴槽、６は電源である。

前記貯湯タンクユニット１は、湯水を貯湯する貯湯タンク７と、貯湯タンク７の上部に接続された出湯管８と、貯湯タンク７の下部に接続された給水管９と、出湯管８からの高温水と給水管９から分岐されたバイパス管１０からの低温水とを混合するミキシング弁１１と、ミキシング弁１１の下流に接続された給湯管１２と、給湯管１２に設けられた給湯温度センサ１３と、給湯管１１に設けられた給湯流量センサ１４と、給水管９に設けられた給水温度センサ１５と、給湯管１２から分岐され浴槽５に接続された湯張り管１６と、この湯張り管１６の開閉を行う湯張り弁１７と、湯張り管１６を流れる流量を積算する湯張り流量センサ１８と、出湯管８から分岐して接続された貯湯タンク７の過圧を逃す過圧逃し弁１９と、給水管９に設けられた給水圧を減圧する減圧弁２０と、貯湯タンク７の側面上下方向に複数設けられた貯湯温度センサ２１と、この貯湯タンクユニット１の制御を行うマイクロコンピュータで主に構成される給湯制御部２２と、貯湯タンク７と加熱部２とを往き管２３と戻り管２４で接続して湯水を循環させる加熱循環回路２５とを備えて構成されている。

前記ヒートポンプユニット２は、二酸化炭素冷媒を圧縮するコンプレッサー２６と、凝縮器としての水冷媒熱交換器２７と、膨張弁２８と、蒸発器としての空気熱交換器２９よりなるヒートポンプ回路３０と、空気熱交換器２９に送風する室外ファン３１と、加熱循環回路２５の往き管２３途中に設けられた能力可変の循環ポンプ３２と、水冷媒熱交換器２７の加熱循環回路２５を構成する一番細いパイプから成る温水流路３３の入口側に設けられ、温水流路３３に流入する湯水の温度を検出する熱交入口温度センサ３４と、温水流路３３の出口側に設けられ、温水流路３３から流出する湯水の温度を検出する熱交出口温度センサ３５と、このヒートポンプユニット２の制御を行うマイクロコンピュータで主に構成される加熱制御部３６とを備えて構成されている。

ここで、前記電源６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、又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時に追加の沸き増しが行われるものである。なお、前記電源６は給湯制御部２２に接続され、この給湯制御部２２からリモートコントローラ４および加熱制御部３６（ヒートポンプ回路３０に必要な電力を含む）に有線にて通信信号が重畳されて電力供給されるものである。

そして、夜間時間帯になると前記給湯制御部２２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加熱制御部３６に指示してヒートポンプ回路３０を作動させ、加熱循環回路２５の循環ポンプ３２を駆動開始する。そして、循環ポンプ３２の駆動により貯湯タンク７下部から取り出された湯水が水冷媒熱交換器２７の細い温水流路３３に流入して加熱され、加熱循環回路２５を介して貯湯タンク７の上部に戻されることにより高温の湯が貯湯される。

そして、貯湯タンク７の側面に設けられた貯湯温度センサ２１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３４が所定温度以上を検出すると、給湯制御部２２が加熱制御部３６へ加熱動作の停止を指令し、ヒートポンプ回路３０と循環ポンプ３２の作動が停止され、夜間時間帯の終了時までに沸き上げ運転を終了するものである。

なお、ここで、貯湯タンク７内に貯湯される熱量は給湯制御部２２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１５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。

３７は外気温度を検知する外気温検知センサで、外気温度が凍結危険温度ここでは−５℃に低下したことを検知し、加熱制御部３６を介して給湯制御部２２に信号が送られ、ここで今度は、貯湯温度センサ２１による貯湯タンク７内の湯温検知で、貯湯タンク７の上から２個目残湯量１２０Ｌの所の貯湯温度センサ２１ｂが、第１所定温度Ｔ１ここでは４０℃以下を検知することで沸き上げ運転を開始され、貯湯タンクユニット１内の温度を上昇させて、配管や主要部品の凍結を防止するものであり、そしてこの沸き上げ運転で貯湯温度センサ２１ｂが貯湯タンク７内の湯温が第２所定温度Ｔ２ここでは４５℃以上を検知することで、沸き上げ運転を一旦中止て凍結防止の待機状態へと移行するものである。

前記リモートコントローラ４には給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ３８、浴槽５への湯張りを指示する湯張りスイッチ３９、湯張り量を設定する湯張り量設定スイッチ４０、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４１とを有した操作部４２と、ドットマトリクス型の蛍光表示管よりなる表示部４３と、これら操作部４２および表示部４３を制御すると共に、前記給湯制御部２２と通信を行うマイクロコンピュータで主に構成されたリモコン制御部４４を備えており、通常運転時は前記表示部４３に操作部４２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２１で検知する残り貯湯量等が表示されるものである。

次に、給湯栓３を開くと、給水管９からの給水圧により貯湯タンク７上部の高温水が出湯管８に押し出され、給湯制御部２２により制御されるミキシング弁１１にてバイパス管１０の低温水と給湯温度センサ１３の検出する温度が前記リモートコントローラ４の操作部４２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１２を介して給湯されるものである。

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２１の一番下の貯湯温度センサ２１ｅで残り貯湯量が少なくなったことを給湯制御部２２が検知し、貯湯タンク７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運転が行われるものである。

又浴槽５に湯張りを行う際は、リモートコントローラ４の湯張りスイッチ３９が操作されると、給湯制御部２２が湯張り弁１７を開いて湯張りを開始し、湯張りを開始してからの積算流量が湯張り量に達したことを、湯張り流量センサ１８が検出すると湯張り弁１７を閉じて湯張りを完了するものである。

次に凍結防止運転について、図３のフローチャートで説明すると、先ずステップ４５で外気温検知センサ３７が凍結危険温度の−５℃を検知するとＹＥＳで、ステップ４６に進みここで貯湯タンク７内の湯温が、第１所定温度Ｔ１の４０℃以下に低下したかを貯湯温度センサ２１ｂで検知し、ＹＥＳでステップ４７に進みヒートポンプユニット２と加熱循環回路２５を駆動させての沸き上げ運転を開始させるもので、そしてステップ４８で沸き上げ運転中の貯湯タンク７内の湯温を、貯湯温度センサ２１ｂで検知してこの湯温が第２所定温度Ｔ２の４５℃以上であることを検知すると、ＹＥＳでステップ４９に進み沸き上げ運転による凍結防止を終了し、次のステップ５０で凍結防止待機状態となるものである。

これによって、外気温度が低下して凍結危険温度に達しても、貯湯タンク７内の湯温が第１所定温度Ｔ１に低下するまでは、貯湯タンクユニット１内は貯湯タンク７内の湯水からの放熱を受けるので、貯湯タンクユニット１内に配置された配管や主要部品は凍結の心配はないが、貯湯タンク７内の湯温が時間の経過に伴って低下すると、凍結の危険が増大するので、この時は、上記のように沸き上げ運転を行い貯湯タンク７内の湯温を上昇させることで、貯湯タンクユニット１内全体の温度を上げることにより、凍結を未然に阻止することが出来るものであり、又沸き上げ運転によって加熱循環回路２５を使用することによってここの凍結も確実に防止出来るもので、時間の経過で貯湯湯温が低下すれば再び凍結防止の沸き上げ運転が行われるものである。

次に貯湯タンク７の湯温ではなく、貯湯量によって凍結防止の沸き上げ運転を行う他の実施形態を、図４のフローチャートで説明すれば、先ずステップ５１で外気温検知センサ３７が凍結危険温度の−５℃を検知するとＹＥＳで、ステップ５２に進みここで貯湯タンク７内の湯量が、第１所定湯量Ｌ１の１２０Ｌ以下に低下したかを貯湯温度センサ２１ｂで検知し、ＹＥＳでステップ５３に進みヒートポンプユニット２と加熱循環回路２５を駆動させての沸き上げ運転を開始させるもので、そしてステップ５４で沸き上げ運転中の貯湯タンク７内の湯量を、貯湯温度センサ２１ｃで検知してこの湯量が第２所定湯量Ｌ２の１９０Ｌ以上であることを検知すると、ＹＥＳでステップ５５に進み沸き上げ運転による凍結防止を終了し、次のステップ５６で凍結防止待機状態となるものである。

従って、外気温度が低下して凍結危険温度に達しても、貯湯タンク７内の湯量が第１所定湯量Ｌ１に低下するまでは、貯湯タンクユニット１内は貯湯タンク７内の湯水からの放熱を受けるので、貯湯タンクユニット１内に配置された配管や主要部品は凍結の心配はないが、貯湯タンク７内の湯量が時間の経過に伴って低下すると、凍結の危険が増大するので、この時は、上記のように沸き上げ運転を行い貯湯タンク７内の湯量を増加させることで、貯湯タンクユニット１内全体の温度を上げることにより、凍結を未然に阻止することが出来るものであり、又沸き上げ運転によって加熱循環回路２５を使用することによってここの凍結も確実に防止出来るもので、時間の経過で貯湯湯量が減少すれば再び凍結防止の沸き上げ運転が行われるものである。

尚、ここでは、凍結危険温度をヒートポンプユニット２内に備えられた外気温検知センサ３７で行っているが、これに限らず、例えば貯湯タンクユニット１内に新たに温度センサを備え、この温度センサで凍結の危険がある配管や主要部品が収納されている場所の温度を直接検知することで、行うようにしても良く、的確の温度検知で確実な凍結防止が期待出来るものである。

この発明の一実施形態を示すヒートポンプ式給湯機の概略構成図。 同要部電気回路のブロック図。 同凍結防止運転のフローチャート。 他の実施形態を示す凍結防止運転のフローチャート。

符号の説明

１ 貯湯タンクユニット
２ ヒートポンプユニット
７ 貯湯タンク
２１ 貯湯温度センサ
２３ 往き管
２４ 戻り管
２５ 加熱循環回路
２６ コンプレッサー
２７ 水冷媒熱交換器
２８ 膨張弁
２９ 空気熱交換器
３０ ヒートポンプ回路
３１ 室外ファン
３２ 循環ポンプ
３３ 温水流路
３７ 外気温検知センサ
Ｔ１ 第１所定温度
Ｔ２ 第２所定温度

Claims (2)

1. コンプレッサー、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び室外ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を有したヒートポンプユニットと、湯を貯える貯湯タンクを有した貯湯タンクユニット、この貯湯タンクと前記水冷媒熱交換器の温水流路とは、循環ポンプを備えた往き管及び戻り管で連通して構成した加熱循環回路とを備え、貯湯タンク底部の湯水を往き管を介して前記温水流路に流通させて加熱し、高温となった湯水を戻し管を介して貯湯タンク上部に戻し順次循環させ該貯湯タンクに備えた貯湯温度センサが沸き上げ温度を検知するまで湯水を沸き上げるものに於いて、前記貯湯タンクユニット内或いは外気温度を検出する外気温検知センサを備え、この外気温検知センサが配管等の凍結危険温度を検知し、更に貯湯温度センサが貯湯タンク内の湯温検知で第１所定温度以下を検知することで、貯湯タンク内の湯水の沸き上げ運転が開始され、貯湯タンク内湯温が第１所定温度より高温の第２所定温度に達するまで継続する事を特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. コンプレッサー、水冷媒熱交換器、膨張弁、及び室外ファンを有する空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を有したヒートポンプユニットと、湯を貯える貯湯タンクを有した貯湯タンクユニット、この貯湯タンクと前記水冷媒熱交換器の温水流路とは、循環ポンプを備えた往き管及び戻り管で連通して構成した加熱循環回路とを備え、貯湯タンク底部の湯水を往き管を介して前記温水流路に流通させて加熱し、高温となった湯水を戻し管を介して貯湯タンク上部に戻し順次循環させ該貯湯タンクに備えた貯湯温度センサが沸き上げ温度を検知するまで湯水を沸き上げるものに於いて、前記貯湯タンクユニット内或いは外気温度を検出する外気温検知センサを備え、この外気温検知センサが配管等の凍結危険温度を検知し、更に貯湯温度センサが貯湯タンク内の湯量検知で第１所定湯量以下を検知することで、貯湯タンク内の湯水の沸き上げ運転が開始され、貯湯タンク内湯量が第１所定湯量より多い第２所定湯量に達するまで継続する事を特徴とするヒートポンプ式給湯機

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