JP2009216306A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクからの放熱ロスを低減し、効率の高いヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５を環状に接続して構成されたヒートポンプ１と、沸き上げポンプ７により貯湯タンク８の底部より水を前記放熱器３に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンク８に溜め、浴槽１３に注湯を開始すると、前記ヒートポンプ１の運転を指示する風呂注湯制御手段３７を設置したもので、浴槽１３への注湯中にヒートポンプ１を運転して注湯用の湯の一部を沸かすことにより、貯湯タンク８に貯留する湯を低減することができ、貯湯タンク８からの熱ロスを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のこの種のヒートポンプ給湯機として、図３に示されるようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図３は、上記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯機の回路図である。

図３において、従来のヒートポンプ給湯機は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱源であるヒートポンプ１を備え、ヒートポンプ１によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯し給湯に利用されるようになっている。

先ず、加熱源１であるヒートポンプ１の構成について説明する。

ヒートポンプ１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、冷媒を冷却する放熱器３と、冷媒を減圧する減圧手段４と、冷媒を蒸発気化する吸熱器５とで構成され、圧縮機２の吐出側より放熱器３を介して減圧手段４に接続し、さらに圧縮機２の吸入側に接続している。

圧縮機２によって圧縮された冷媒は、放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、吸熱器５で空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。

一方、湯の沸き上げに関する構成は、沸上げ管９が、貯湯タンク８の下部から放熱器３に接続され、さらに放熱器３から貯湯タンク８の上部に接続されている。

沸上げ管９が接続されている貯湯タンクの上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンク８の低温層側であればよい。

貯湯タンク８から放熱器３に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、沸上げ管９の途中に、出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。また、ヒートポンプ１において、加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９の放熱器３の入口側近傍に、又、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を、沸上げ管９における放熱器３の出口近傍にそれぞれ設けている。

そして、貯湯タンク８の温度分布と蓄熱量を把握するため、貯湯タンク８の外側壁面の垂直方向に複数の貯湯温度センサー１７ａ〜１７ｄを備えている。

給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源（図示せず）から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。

貯湯タンク８の上部には、貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には、給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。ま
た、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低湯水を任意の比率で混合可能な混合弁２３が設けられている。混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するための給湯温度センサー２５が設けられ、その先に、蛇口などの給湯端末２４が接続されている。

風呂への注湯に関する構成としては、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられており、給湯管２１と同様に、給湯管２１からの高湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３５が設けられている。

また、注湯管２８は、注湯電磁弁２７を備え、それを任意に開閉させて自動で浴槽１３に注湯を行う。

浴槽１３内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路３１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させている。また、浴槽内１３の温度を検知するために風呂湯温センサー３２を設けている。そして、貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流する。

また、風呂熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知するための環流温度センサー３３が取り付けられている。さらに、給湯関連の構成、風呂関連の構成、貯湯タンク８などで貯湯ユニット４０を構成している。

以上のように構成された従来のヒートポンプ給湯機の動作、作用について説明する。

貯湯タンク８に湯を貯める貯湯運転では、ヒートポンプ１は、圧縮機２によって圧縮された冷媒は放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、吸熱器５において空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。この時、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水は、沸上げポンプ７により放熱器３に送られ放熱器３の熱を吸熱して加熱される。

即ち、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水をヒートポンプ１により加熱し、貯湯タンク８に戻す貯湯運転においては、沸上げポンプ７を駆動し、貯湯タンク８からの低湯水を加熱し、加熱された湯は、沸き上げ管９を通って貯湯タンク８の上部に送られる。

そして、出湯温度センサー１６により、ヒートポンプ１で加熱された水の温度を検知し、沸上げポンプ７の出力を変えることで、ヒートポンプ１からの出湯温度を制御して目標の温度となるように加熱を行う。

この様にして、貯湯タンク８に高温の湯を貯めてゆき、貯湯温度検知手段１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ及び入水温度センサー１５で検知した温度によって、貯湯タンク８内の蓄熱量を検知して所定の蓄熱量となった時、ヒートポンプ１を停止する。

給湯端末２４への給湯運転では、給湯端末２４が給湯のために開けられると、貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。給湯温度に関して、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８からの高湯水と給水からの低湯水を混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。

この時の混合比は、給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、リ
モコン（図示せず）により利用者が選択した給湯温度となるように保たれる。貯湯タンク８内の高湯水と水を混ぜて温度を低下させることによって給湯を行うので、これによって貯湯タンク８内の高湯水温度を給湯温度である４０℃から５０℃程度よりも大幅に高く、６５℃から９０℃程度として、貯湯タンク８の蓄熱密度を大きくすることが可能になる。

浴槽１３内の湯を加熱する風呂加熱運転では、貯湯タンク８内の湯水の熱を浴槽１３内の湯水に放熱することで行っている。

利用側回路３１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させている。一方、熱源側回路３０では、貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流している。そして、風呂熱交換器１４では、高温の熱源側回路３０の湯と温度の低い利用側回路３１の湯が熱交換を行って、利用側回路３１の湯を加熱する。この一連の動作は、風呂湯温センサー３２によって所定の風呂湯温に達したと判断されるまで持続される。

風呂への注湯運転では、リモコンにより利用者が湯温を設定し、注湯運転を開始すると、注湯電磁弁２７が開成され、ヒートポンプ１が運転される。ヒートポンプ１によって沸かされた湯は、沸き上げポンプ７によって沸き上げ管９を通して貯湯タンク８の上部に送られると同時に、貯湯タンク８内の湯が、貯湯タンク８の上部の給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。

また、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８からの高湯水と給水からの低湯水を風呂用混合弁２６において混合比を変えて混合することで、注湯温度を変化させて浴槽１３に注湯する。

この時の混合比は、注湯温度センサー３５で検知される注湯温度に応じて制御され、リモコンにより利用者が選択した注湯温度となるように保たれる。即ち、貯湯タンク８内の高湯水と水を混ぜて温度を低下させることによって浴槽１３に注湯を行うことになる。

浴槽１３へ注湯は、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられており、給湯管２１からの高湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３５が設けられており、注湯管２８は注湯電磁弁２７を備え、それを任意に開閉させて自動で浴槽１３に注湯を行う。

即ち、浴槽１３への注湯には貯湯タンク８内の湯と給水バイパス管２２からの給水を混合して適温としている。また、浴槽１３への注湯前に、注湯に必要な貯湯タンク８内の湯量を推算して、注湯前にヒートポンプ１を用いて沸き上げている。
特開２００６−１９４５４２号公報

しかしながら、上記従来のヒートポンプ給湯機の構成では、浴槽１３への注湯前にヒートポンプ１で高温の湯として貯湯タンク８に貯めることになるため、貯湯タンク８に貯められた高温の湯は、貯湯タンク８の外壁の空気と熱交換して放熱する。貯湯タンク８に湯が貯められてから湯を使用するまでの時間が長いほど放熱、即ち、熱ロスが多くなる。従って、注湯前に貯湯タンク８に湯を貯めてから、浴槽１３への注湯までの間に熱ロスするという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクに貯留する湯を低減して、貯湯
タンクからの放熱ロスを低減し、効率の高いヒートポンプ給湯機を提供する事を目的とする。

上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機は、圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器を環状に接続して構成されたヒートポンプと、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を前記放熱器に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンクに溜め、浴槽に注湯を開始すると、前記ヒートポンプの運転を指示する風呂注湯制御手段を設置したもので、浴槽への注湯中にヒートポンプを運転して注湯用の湯の一部を沸かすことにより、貯湯タンクへ貯留する湯を低減することができ、貯湯タンクからの熱ロスを低減できる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、浴槽に注湯を開始すると、ヒートポンプの運転を指示する風呂注湯制御手段を設置したので、浴槽への注湯中にヒートポンプを運転して注湯用の湯の一部を沸かすことにより、貯湯タンクへ貯留する湯を低減することができ、貯湯タンクからの放熱ロスを低減し、効率の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器を環状に接続して構成されたヒートポンプと、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を前記放熱器に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンクに溜め、浴槽に注湯を開始すると、前記ヒートポンプの運転を指示する風呂注湯制御手段を設置したもので、浴槽への注湯中にヒートポンプを運転して注湯用の湯の一部を沸かすことにより、貯湯タンクへ貯留する湯を低減することができ、貯湯タンクからの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で加熱された水の温度が浴槽への注湯温度と略同等となるように、前記ヒートポンプを制御する加熱温度制御手段を設置したもので、ヒートポンプが沸かす湯の温度である出湯温度を低くすることができ、ヒートポンプの高圧圧力を低くすることができるので効率を向上できる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明のヒートポンプに、臨界圧力以上に昇圧される冷媒を用いたもので、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。

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。

（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機の回路図、図２は、同ヒートポンプ給湯機の浴槽に注湯する注湯運転時のフローチャートである。尚、上記従来のヒートポンプ給湯機と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図１、２において、本実施の形態のおけるヒートポンプ給湯機は、風呂注湯制御手段３７と加熱温度制御手段３８によって制御されるもので、その他の構成は、従来のヒートポンプ給湯機と同一なので、同一部分には、同一符号を用いてその説明を省略する。

なお、このヒートポンプ１においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここ
で放熱して冷却する。

以上のように構成された本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の詳細な動きを図２を用いて説明する。尚、貯湯タンク８に湯を貯める貯湯運転、給湯端末２４への給湯運転時の動作は、従来のヒートポンプ給湯機と同一なので説明は省略する。

図２において、風呂注湯制御手段３７は、ステップ２０１（以下、「Ｓ２０１」という）で、注湯電磁弁２７が開成されないと何もしないが、開成されたことを検知すると、Ｓ２０２に移行する。

Ｓ２０２では、ヒートポンプ１の運転を開始しＳ２０３に移行する。さらに、加熱温度制御手段３８は、Ｓ２０３で、リモコンにより利用者が設定した浴槽１３に注湯される注湯温度Ｔｒを検知してＳ２０４に移行する。また、Ｓ２０４では、ヒートポンプ１によって沸きあげられた放熱器３の出口の湯温である出湯温度Ｔｓを出湯温度センサー１６で検知してＳ２０５に移行する。

Ｓ２０５では、出湯温度センサー１６で検知した出湯温度Ｔｓとリモコンで設定された注湯温度Ｔｒより２Ｋ低い温度と比較し、出湯温度Ｔｓの方が小さければＳ２０６に移行し、出湯温度Ｔｓが、注湯温度Ｔｒより２Ｋ低い温度以上の場合は、Ｓ２０７に移行する。Ｓ２０７では、出湯湯温度センサー１６で検知した注湯温度Ｔｓとリモコンで設定された注湯温度Ｔｒより２Ｋ高い温度と比較し、注湯温度Ｔｓの方が小さければＳ２０８に移行し、出湯温度ＴｓがＴｒより２Ｋ高い温度以下の場合Ｓ２０９に移行する。

Ｓ２０６では、出湯温度Ｔｓを上昇させるために、沸き上げポンプ７の流量を減少させてＳ２０９に移行する。Ｓ２０８では出湯温度Ｔｓを減少させるために、沸き上げポンプ７の流量を増加させてＳ２０９に移行する。

この様にして、出湯温度Ｔｓを注湯温度Ｔｒと略同等温度としている。Ｓ２０９では、注湯電磁弁２７の動作を検知し、注湯電磁弁２７が閉止されていなければＳ２０３に移行し、注湯電磁弁２７が閉止されていればＳ２１０に移行し、ヒートポンプ１を停止してＳ２０１に移行する。

またこの時、貯湯タンク８に湯を貯める貯湯運転では、出湯温度はサルモネラ菌対応など衛生上の観点から６５℃以上となるが、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機では浴槽１３への注湯中、ヒートポンプ１で沸かした湯を全て浴槽１３に注湯するため６５℃以下の湯としても、衛生上の問題はなく、注湯温度と略同等の４２℃近傍で沸かすことが可能である。

この様に、浴槽１３への注湯中にヒートポンプ１を運転して注湯用の湯の一部を沸かすことにより、貯湯タンク８へ貯留する湯を低減することができる。また、浴槽１３への注湯温度と略同等温度とし、ヒートポンプ１で沸かす湯の温度である出湯温度を低くすることができ、ヒートポンプ１の高圧圧力を低くできる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、浴槽への注湯中にヒートポンプを運転して注湯用の湯の一部を沸かすことにより、貯湯タンクへ貯留する湯を低減し、貯湯タンクからの熱ロスを低減でき、より効率の高いヒートポンプ給湯機として有用である。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路図 同ヒートポンプ給湯機の浴槽に注湯する注湯運転時のフローチャート 従来のヒートポンプ給湯機の回路図

符号の説明

１ ヒートポンプ
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 減圧手段
５ 吸熱器
７ 沸上げポンプ
８ 貯湯タンク
１３ 浴槽
３７ 風呂注湯制御手段
３８ 加熱温度制御手段

Claims (3)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器を環状に接続して構成されたヒートポンプと、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を前記放熱器に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンクに溜め、浴槽に注湯を開始すると、前記ヒートポンプの運転を指示する風呂注湯制御手段を設置したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. ヒートポンプで加熱された水の温度が浴槽への注湯温度と略同等となるように、前記ヒートポンプを制御する加熱温度制御手段を設置したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. ヒートポンプに、臨界圧力以上に昇圧される冷媒を用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯機。

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