JP2009236379A

JP2009236379A - ヒートポンプ式給湯システム

Info

Publication number: JP2009236379A
Application number: JP2008081641A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Niima; 康博新間
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP5238315B2

Abstract

【課題】密閉型タンクを用いることなく、所望する温度の温水を供給できるようにする。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器１７に給水管３ｂを接続し、この給水管３ｂによって給水される冷水を水熱交換器１７により加熱して温水とし、この温水を給湯管５ｂを介して供給する複数のヒートポンプユニット２と、これら複数のヒートポンプユニット２から供給される温水を貯留する開放型タンクと、この開放型タンクに接続され、該開放型タンク内の温水を供給する給湯部とを具備し、各ヒートポンプユニット２内の水熱交換器１７の冷水流入側に設けられ、水熱交換器１７に流入する冷水の流量を調整する流量調整弁２２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば比較的多量の湯を使用する病院、老人福祉施設、ホテルなどに設置されるヒートポンプ式給湯システムに関する。

この種のヒートポンプ式給湯システムとしては、多数のヒートポンプユニットと密閉型タンクを組み合わせて構成されるヒートポンプ式給湯機が知られている。

このヒートポンプ式給湯システムは、通常運転状態にあるヒートポンプユニットに、密閉型タンクから、給水管路、３方弁、ポンプを介して水熱交換器に給水して加熱し、この加熱した湯を、３方弁、給湯管路を介して密閉型タンクに供給する。そして、この密閉型タンク内で湯温を所望する温度にしてから開放型タンクに供給して貯湯する。この開放型タンクに貯湯された湯は、給湯栓を開放しての給湯要求により、給湯ポンプ、給湯用循環路を介して給湯栓から供給される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２０５６９８号公報

しかしながら、特開２００７−２０５６９８号公報に開示されるものは、各ヒートポンプで沸き上げた温水を密閉型タンクを介して開放型タンクに貯湯するため、密閉型タンクが必要になるとともに、ヒートポンプユニットと密閉型タンクとの間で水を循環させるためのポンプなども必要となり、構成的に複雑化しコスト高になるという問題がある。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、密閉型タンクなどを必要とすることなく、所望する温度の湯を開放型タンクに貯湯できるようにしたヒートポンプ式給湯システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器に給水管を介して給水して加熱したのち、この加熱された温水を給湯管を介して供給する複数のヒートポンプユニットと、これら複数のヒートポンプユニットから供給される温水を貯留する開放型タンクと、この開放型タンクに接続され、該開放型タンク内の温水を供給する給湯部とを具備するヒートポンプ式給湯システムにおいて、前記各ヒートポンプユニット内の水熱交換器の水流入側に、前記熱交換器に流入する水の流量を調整する流量調整弁を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、密閉型タンクを不要とすることができ、構成的に簡略化してコストを低減できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ式の給湯システム１Ａを示す概略的構成図である。

この給湯システム１Ａは、湯を生成するヒートポンプ式給湯装置を備えた複数台のヒートポンプユニット２を備えている。これらヒートポンプユニット２には給水管３を介して給水槽（図示しない）が接続され、また、給湯管５を介して開放型タンク６が接続されている。

給水管３は本管３ａとこの本管３ａから枝分かれする複数本の枝管３ｂとによって構成され、給湯管５は本管５ａとこの本管５ａから枝分かれする複数本の枝管５ｂによって構成されている。給水管３の枝管３ｂと給湯管５の枝管５ｂとは、それぞれヒートポンプユニット２内に挿入され、後述する水熱交換器１７内で接続される。

開放型タンク６には給湯管７の一端部側が接続されている。この給湯管７の中途部には給湯ポンプ９が設けられ、他端側には給湯部としての多数の給湯栓１０が接続されている。１１はシステムを制御するためのシステム制御ユニットである。

図２は、ヒートポンプユニット２の給湯装置を示すものである。

この給湯装置は圧縮機１３を備え、この圧縮機１３には冷媒管を介して順次、空気熱交換器１４、減圧機構１５、及び水熱交換器１７が接続されて冷凍サイクルが構成されている。

また、圧縮機１３にはインバータ１８を介して制御手段としてのヒートポンプ制御ユニット１９が接続され、このヒートポンプ制御ユニット１９には外気温度を検出する外気温検出センサ２１が接続されている。

一方、上記した給水管３の枝管３ｂと給湯管５の枝管５ｂとは、それぞれヒートポンプユニット２内に挿入され水熱交換器１７内で接続されている。そして、給水管３の枝管３ｂには水熱交換器１７に対する冷水の流入量を調整する流量調整弁２２が設けられ、給湯管５の枝管５ｂには出湯される温水の温度を検出する湯温検出センサ２３が設けられている。

図３は、上記した圧縮機１３と流量調整弁２２の駆動制御系を示すブロック図である。

上記した湯温検出センサ２３及び外気温検出センサ２１は、検出データ送信回路を介して制御ユニット１９に接続され、この制御ユニット１９には制御回路を介して圧縮機１３のインバータ１８が接続されるとともに、流量調整弁２２が接続されている。

制御ユニット１９は、外気温検出センサ２１によって検出される外気の温度によって流量調整弁２２の開度を調整する。例えば、図４に示すように、外気の温度が３０℃以上の場合には冷水の流量がＡ（Ｌ／ｈ）、２５〜３０℃の場合には、冷水の流量がＢ（Ｌ／ｈ）、１５〜２５℃の場合には、冷水の流量がＣ（Ｌ／ｈ）、５〜１５℃の場合には、冷水の流量がＤ（Ｌ／ｈ）、５℃以下の場合には、冷水の流量がＥ（Ｌ／ｈ）となるように流量調整弁２２の開度を調整する。なお、流量Ａ〜Ｅは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅの関係となっており、制御ユニット１９は、外気の温度が低下するのに従って流量調整弁２２の開度を低下させるように制御する。

また、制御ユニット１９は、湯温検出センサ２３によって検出される出湯の温度によってインバータ１８を制御し、出湯温度が設定温度（例えば６５℃）になるように圧縮機１３の運転周波数を制御するようになっている。

上記した構成において、各ヒートポンプユニット２内の冷凍サイクルを動作させるとともに、給水管３を介してヒートポンプユニット２内の水熱交換器１７に冷水を供給すると、冷水は水熱交換器１７内で加熱されて温水となる。この温水は給湯管５を介して開放型タンク６内に供給されて貯湯される。この開放型タンク６内に貯湯された温水は、給湯ポンプ９の動作によって給湯管７を介して各給湯栓１０に供給され、使用されることになる。

ところで、上記した水熱交換器１７から出湯される温水の湯温は、外気の温度によって変化し、例えば、外気の温度が低下すると、出湯される温水の温度も低下し、所望する温度の湯を出湯できなくなる。

そこで、この実施の形態では、外気温検出センサ２１によって検出される外気温度に基づいて流量調整弁２２の開度を上記したように調整して水熱交換器１７に対する冷水の流入量を調整するとともに、湯温検出センサ２３によって検出される湯温に基づいて圧縮機１３の運転周波数を制御し、出湯温度を設定温度（例えば６５℃）に調整する。

このように、この実施の形態によれば、流量調整弁２２の開度を調整するとともに、圧縮機１３の運転周波数を制御して出湯温度を設定温度（例えば６５℃）に調整するため、従来のように密閉型タンクを用いることなく、設定温度の出湯を得ることができる。

従って、密閉型タンクが不要になるとともに、ヒートポンプユニットと密閉型タンクとの間で水を循環させるための循環ポンプなども不要となり、構成的に簡略化でき、コストを低減することができる。

図５は、本発明の第２の実施の形態であるヒートポンプ式の給湯システム１Ｂを示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

開放型タンク６内の温水を給湯する給湯管７には、給湯循環路２７が接続され、この給湯循環路２７には給湯栓８が配設され、さらに、循環用ポンプ２８、及びヒートポンプ式給湯装置を備える再加熱ユニット２９が配設されている。再加熱ユニット２９は給湯循環路２７内の温水を保温するものである。

また、開放型タンク６の側面部には循環路３１が接続され、この循環路３１にはヒートポンプ式給湯装置を備えた再加熱ユニット３２が設けられている。再加熱ユニット３２は開放型タンク６内の温水を保温するものである。

また、給水管３の本管３ａは開放型タンク６の底面部に温水防止弁ユニット３４を介して接続され、開放型タンク６の底面部には、貯湯量センシングユニット３５が接続されている。

システム制御ユニット１１には、ＢＵＳ回路を介して上記ヒートポンプユニット２、貯湯量センシングユニット３５、温水防止弁ユニット３４、再加熱ユニット２９，３２、給湯ポンプ９、循環ポンプ２８がそれぞれ接続されている。

この第２の実施の形態によれば、給湯循環路２７内の温水を循環させることにより、再加熱ユニット２９により加熱し保温することが可能なる。また、開放型タンク６と再加熱ユニット３２との間で温水を循環させることにより、開放型タンク６内の温水を加熱し、保温することが可能となる。

さらに、この第２の実施の形態によれば、給湯システムとして必要なすべての情報をシステム制御ユニット１１にて把握し制御することができ、必要機器の増設及びその制御も可能となる。

図６は、本発明の第３の実施の形態である給湯システム１Ｃを示すものである。

なお、上記した第２の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第２の実施の形態では、開放型タンク６を保温する部品として保温用の再加熱ユニト３２を専用に備えたが、この第３の実施の形態では、ヒートポンプユニット２自体に開放型タンク６の保温機能を持たせている。

即ち、ヒートポンプユニット２内の水熱交換器１７と開放型タンク６の下部側とは保温用回路３７を介して接続されている。この保温用回路３７には、温水の流れ方向に沿って順次、湯温検出センサ３８、保温回路用ポンプ３９、逆止弁４０が配設されている。

上記した構成において、流量調整弁２２を開放させてヒートポンプユニット２を運転すると、冷水が実線矢印で示すように給水管３の枝管３ｂを介して水熱交換器１７に供給されて加熱され、温水となって流出される。この温水は給湯管５を介して開放型タンク６に供給されて貯湯される。

この開放型タンク６に貯湯された湯を保温する場合には、流量調整弁２２を閉塞してから保温回路用ポンプ３９を一定間隔で駆動させる。この保温回路用ポンプ３９の駆動により、開放型タンク６内の湯が破線矢印で示すように保温用回路３７に流され、その湯温が湯温検出センサ３８によって検出される。この湯温検出センサ３８の検出温度が所定温度以下になった場合には、ヒートポンプユニット２を運転して水熱交換器１７で温水を加熱して開放型タンク６に戻す。

この第３の実施の形態によれば、冷水から温水を生成する機能と、開放型タンク保温のための再加熱機能を１台のヒートポンプユニット２で可能とすることができ、省スペース、低価格化が可能となる。

図７は、本発明の第４の実施の形態である給湯システム１Ｄを示すものである。

なお、上記した第３の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第３の実施の形態では、ヒートポンプユニット２内に保温回路用ポンプ３９、逆止弁４０、湯温検出センサ３８を配設したが、この第４の実施の形態では、保温回路用ポンプ３９、逆止弁４０、湯温検出センサ３８をヒートポンプユニット２の外部に設けられるユニット４２内に配設し、ユニット４２を保温用回路３７の中途部に接続している。

この第４の実施の形態によっても、上記した第３の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。

図８は、本発明の第５の実施の形態である給湯システム１Ｅを示すものである。

なお、上記した第４の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第４の実施の形態では、ユニット４２内に逆止弁４０を設けたが、この第５の実施の形態では、水熱交換器１７の流入側に三方弁４４を設け、この三方弁４４に給水管３の枝管３ｂと保温用回路３７を接続している。

この第５の実施の形態によっても、上記した第４の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。

図９は、本発明の第６の実施の形態である給湯システム１Ｆを示すものである。

なお、上記した第５の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第５の実施の形態では、保温用回路３７をヒートポンプユニット２内の三方弁４４に接続したが、この第６の実施の形態では、保温用回路３７を用いることなく、給湯栓１０を配設する給湯循環路２７を延ばしてヒートポンプユニット２内の三方弁４４に接続している。

この第６の実施の形態によれば、保温用回路３７を不要とすることができ、より一層の低価格化が可能となる。

図１０は、本発明の第７の実施の形態である給湯システム１Ｇを示すものである。

なお、上記した第６の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第６の実施の形態では、ヒートポンプユニット２内の三方弁４４に給湯循環路２７の一端部を接続したが、この第７の実施の形態では、水熱交換器１７の流入側に逆止弁４６、流出側に三方弁４７を設け、逆止弁４６に給湯循環路２７の流出端を接続している。また、三方弁４７と給湯循環路２７の流入端とが戻し用回路４８を介して接続されている。

この第７の実施の形態によれば、開放型タンク６から水熱交換器１７に送られて再加熱された温水を三方弁４７から戻し用回路４８を介して直接、循環路２７の流入側に戻して給湯することが可能となる。

図１１は、本発明の第８の実施の形態である給湯システム１Ｈを示すものである。

なお、上記した第７の実施の形態で示した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第７の実施の形態では、ヒートポンプユニット２内の水熱交換器１７の流入側に逆止弁４６を設け、この逆止弁４６に給湯循環路２７の流出側を接続したが、この第８の実施の形態では、水熱交換器１７の流入側に三方弁５０を設け、この三方弁５０に循環路２７の流出側を接続している。

この第８の実施の形態によっても、開放型タンク６から水熱交換器１７に送られて再加熱された温水を三方弁４７を介して開放型タンク６及び循環路２７の流入側へ戻すことができる。また、戻し用回路４８を廃止して全ての湯を開放型タンク６に戻すことも可能である。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の第１の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。図１のヒートポンプユニットの内部構成を示す図。図２のヒートポンプユニットの駆動制御系を示すブロック図。図３の駆動制御系による流量調整弁と圧縮機の運転制御を示す図。本発明の第２の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。本発明の第３の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。本発明の第４の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。本発明の第５の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。本発明の第６の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。本発明の第７の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。本発明の第８の実施の形態であるヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図。

符号の説明

２…ヒートポンプユニット、３…給水管、６…開放型タンク、１０…給湯栓（給湯部）、１３…圧縮機、１７…水熱交換器、１９…制御ユニット（制御手段）、２１…外気温検出センサ、２２…流量調整弁、２３…湯温検出センサ。

Claims

ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器に給水管を介して給水して加熱したのち、この加熱された温水を給湯管を介して供給する複数のヒートポンプユニットと、
これら複数のヒートポンプユニットから供給される温水を貯留する開放型タンクと、
この開放型タンクに接続され、該開放型タンク内の温水を供給する給湯部とを具備するヒートポンプ式給湯システムにおいて、
前記各ヒートポンプユニット内の水熱交換器の水流入側に、前記熱交換器に流入する水の流量を調整する流量調整弁を設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
前記複数のヒートポンプユニットにそれぞれ、外気温度を検出する外気温検出センサを設け、
前記流量調整弁の開度は、前記外気温検出センサの検出温度に応じて調整されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯システム。
前記ヒートポンプ式給湯装置に設けられる圧縮機と、
前記水熱交換器から流出される温水の温度を検出する湯温検出センサと、
この湯温検出センサによって検出される湯温が所定温度になるように前記圧縮器の運転周波数を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式給湯システム。