JP2009264617A

JP2009264617A - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP2009264617A
Application number: JP2008112072A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takahashi; 俊昭高橋; Motoi Abe; 基阿部
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】良好な沸き上げ運転が行えるヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】前記水冷媒熱交換器５で加熱された高温水を貯湯タンク２の上部に戻すヒーポン戻り管１２と、前記貯湯タンク２の湯水をヒートポンプユニット３の水冷媒熱交換器５との間で循環させる循環ポンプ１０を備えたもので、前記ヒーポン戻り管１２と前記ヒーポン往き管９とを直接或いは、貯湯タンク２を介してバイパスするバイパス管１４を設け、更にヒーポン戻り管１２と前記バイパス管１４の接続部には、水冷媒熱交換器５の出口温水温度を検知する出口温度センサ３２が所定温度を検知することで、バイパス管１４側への流通からヒーポン戻り管１２側への流通へと流路切替手段１３を制御する給湯制御部２７を設け、前記給湯制御部２７は前記出口温度センサ３２の所定温度を、貯湯タンク２の目標沸き上げ温度に応じて変更した。
【選択図】図１

Description

この発明は、ヒートポンプユニットにより湯を沸き上げてこれを貯湯するヒートポンプ式給湯機に関するものである。

従来よりこの種のヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプユニットの水冷媒熱交換器で貯湯タンク下部から供給される水を加熱し、そして水冷媒熱交換器の出口に備えた出口温度センサで加熱された温水温度を検知して、この温度が貯湯タンク上部の貯湯温度センサによる貯湯タンク上部の貯湯温度より低い時は、三方弁をバイパス管側として加熱温水を貯湯タンク下部に戻し、高くなって初めて三方弁が戻し管側に切替わって、貯湯タンク上部に加熱温水を供給する沸き上げ運転が開始されるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−２７９１３６号公報

ところでこの従来のものでは、貯湯タンク上部の高温層に低温水が購入して温度降下させる心配はないが、高温でもなく低温でもない中途半端な温度の温水が貯湯タンクの下部に溜まり、加熱効率が低下するものであり、又沸き上げ運転の開始が遅れる分、どうしても沸き上げに時間がかかり、深夜の契約時間内に終了しないと言う課題も有するものであった。

この発明は上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内下部の湯水を前記水冷媒熱交換器に流入させるヒーポン往き管と、前記水冷媒熱交換器で加熱された高温水を貯湯タンクの上部に戻すヒーポン戻り管と、前記貯湯タンクの湯水をヒートポンプユニットの水冷媒熱交換器との間で循環させる循環ポンプを備えたヒートポンプ給湯機に於いて、前記ヒーポン戻り管と前記ヒーポン往き管とを直接或いは、貯湯タンクを介してバイパスするバイパス管を設け、更にヒーポン戻り管と前記バイパス管の接続部には、水冷媒熱交換器の出口温水温度を検知する出口温度センサが所定温度を検知することで、バイパス管側への流通からヒーポン戻り管側への流通へと流路切替手段を制御する給湯制御部を設け、前記給湯制御部は前記出口温度センサの所定温度を、貯湯タンクの目標沸き上げ温度に応じて変更するようにしたものである。

又請求項２では、前記貯湯タンクの目標沸き上げ温度は、給湯付加量に応じて決定され、流路切替手段が切替られる出口温度センサの所定温度は、前記目標沸き上げ温度が高くなれば高く、低くなれば低くなるようにしたものである。

この発明の請求項１によれば、給湯使用量である給湯付加によって上下動する目標沸き上げ温度に応じて、流路切替手段の切替温度も変動し貯湯温度とは関係しないので、ヒーポン戻り管からの貯湯タンク上部への温水の供給が早くなり、貯湯タンク下部の中途半端な温度の温水の溜まりがなく、沸き上げ開始も早くなり短時間に沸き上げ運転を終了させることが出来るもので、極めて使用勝手が良く安心して使用出来るものである。

又請求項２によれば、目標沸き上げ温度と切替温度とは常に一定の幅を保つようにしているので、流路切替手段が誤動作する心配がなく、的確に作動して常に良好な沸き上げ運転が行われるものである。

次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２等を収納する貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニットで、内部には圧縮機４と凝縮器としての水冷媒熱交換器５と減圧装置としての電子膨張弁６と強制空冷式の蒸発器７とで構成され、このヒートポンプユニット３の冷凍サイクルには冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。また、前記圧縮機４や電子膨張弁６等によりヒートポンプサイクルを駆動制御するヒーポン制御部８を設けている。

９は前記貯湯タンク２の下部と水冷媒熱交換器５を接続するヒーポン往き管で、循環ポンプ１０が取り付けられている。
１１は前記貯湯タンク２の下部に水道を接続し、水道水を供給する給水管である。
１２は前記水冷媒熱交換器５と貯湯タンク２の上部とを接続するヒーポン戻り管である。

１３は前記ヒーポン戻り管１２の途中に備えられた三方弁から成る流路切替手段で、ヒーポン側の第１ヒーポン戻り管１２ａからの湯水をタンク側の第２ヒーポン戻り管１２ｂに流すか、貯湯タンク２下部と連通するバイパス管１４に流すかを切替るもので、後述する外気温センサにより凍結危険温度が検知されると、循環ポンプ１０が駆動され流路切替手段１３は第１ヒーポン戻り管１２ａからの流水をバイパス管１４側に流し、貯湯タンク２下部からヒーポン往き管９を介して水冷媒熱交換器５へ戻る循環を繰り返して凍結を防止するものであり、又貯湯タンク２下部の湯水をヒートポンプユニット３の駆動で水冷媒熱交換器５を流通させることによる沸き上げ運転の開始時には、まだ温度上昇していない低温水を貯湯タンク２上部の高温水に混入させるのを防止する為、後述する水冷媒熱交換器５の出口温度センサが所定温度を検知したら、第１ヒーポン戻り管１２ａからの温水を初めて第２ヒーポン戻り管１２ｂ側に流すように流路を切替るものである。

１５は前記貯湯タンク２の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管。１６は前記給水管１１から出湯側へ水道水を導く給水バイパス管。１７は前記出湯管１５からの湯水と前記給水バイパス管１６からの水道水を給湯設定温度に混合する給湯混合弁。１８は前記給湯混合弁１７から給湯栓１９に湯を供給する給湯管。２０は給湯管１８に設けた給湯温度センサ。２１は出湯管１５に設け一日の出湯量をカウントする出湯流量センサ。２２は前記給水管１１に備えた給水温度センサ。２３は前記給水管１１に備えた減圧弁。２４は前記給水バイパス管１６と貯湯タンク２とを結ぶ給水管１１途中に備えられた逆止弁で、貯湯タンク２内及びバイパス管１４かんの湯水が水道側に逆流することを防止する。２５は前記出湯管１５に接続された過圧逃し弁。２６は台所等に設置され、給湯装置の運転停止や給湯温度の設定や各種運転モードの設定を行うリモコンで、前記貯湯タンクユニット１と接続されている。２７は前記ヒーポン制御部８やリモコン２６と接続され給湯装置全体の制御を行う給湯制御部である。

２８は前記貯湯タンク２の側面上下方向に多数のサーミスタセンサを備えた貯湯温度センサで、貯湯タンク２内の温水の温度と湯量を検知するものである。
２９は前記蒸発器７の熱交換を行うためにプロペラファンにて送風する送風機。３０は前記蒸発器７の風上側に設けられ外気温を測定する外気温センサ。３１は前記水冷媒熱交換器５とヒーポン往き管９の接続部分に設けた入口温度センサで、加熱する前の冷水温度を検知する。３２は前記水冷媒熱交換器５とヒーポン戻り管１２接続部分に設けた出口温度センサで、加熱後の温水温度を検知するものである。

前記リモコン２６には押圧式の電源スイッチ３３、給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ３４、浴槽（図示せず）への湯張りを指示する湯張りスイッチ３５、湯張り量を設定する湯張り量設定スイッチ３６、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３７とを有した操作部３８と、ドットマトリクス型の蛍光表示管よりなる表示部３９と、これら操作部３８及び表示部３９を制御すると共に、前記給湯制御部２７と通信を行うマイクロコンピュータを主に構成されたリモコン制御部（図示せず）を備えており、通常運転時は前記表示部３９に操作部３８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２８で検知する残り貯湯量等が表示されるものである。なお、前記表示部３９はドットマトリクス型の液晶表示部としても良い。

更に前記した給湯制御部２７では、出湯流量センサ２１がカウントし記憶しておいた過去７日分の出湯量から１日の平均給湯使用量を演算算出し、そして給水温度センサ２２による季節の補正を加えて６５℃、７０℃、７５℃以上の３段階の目標沸き上げ温度を決定するものであり、又この沸き上げ温度の決定に伴って流路切替手段１３の沸き上げ開始時の切替温度も予め決められた温度に設定されるものであり、即ち目標沸き上げ温度が６５℃の時は所定温度６０℃で、目標沸き上げ温度が７０℃では所定温度は６５℃で、更に目標沸き上げ温度が７５℃以上では所定温度は７０℃になるように、目標沸き上げ温度と所定温度との間には５℃の差を付けて誤動作を防止するものであり、給湯制御部２７が目標沸き上げ温度に応じて設定するものである。

ここで、給湯装置の電源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き上げて使用するものであり、また、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ときに追加の沸き増しが行われるものである。

そして、夜間時間帯になると前記給湯制御部２７が過去７日間の実績から翌日に必要な貯湯熱量を目標沸き上げ温度として演算し、この沸き上げ温度で夜間時間帯の終了時までに沸き上がるように制御するものであり、例えば目標沸き上げ温度が６５℃となった場合では、図３に示すフローチャートのように、先ず２３時の沸き上げ運転の開始時刻の到来で、ステップ４０でヒートポンプユニット３が駆動開始すると共に、ステップ４１で循環ポンプ１０が駆動することで、貯湯タンク２下部の低温水をヒーポン往き管９、循環ポンプ１０、水冷媒熱交換器５、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切替手段１３を介してバイパス管１４、貯湯タンク２下部に戻る循環を繰り返して順次加熱される。

次に加熱が進みステップ４２で水冷媒熱交換器５の出口温度センサ３２が、目標沸き上げ温度で決定する所定温度ここでは６０℃を検知したかを判断し、ＹＥＳでステップ４３に進んで流路切替手段１３をバイパス管１４側閉弁して、第２ヒーポン戻り管１２ｂ側を開弁して水冷媒熱交換器５で加熱された高温水を、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切替手段１３を介して第２ヒーポン戻り管１２ｂから貯湯タンク２上部に流通させて、該貯湯タンク２内がすべて６５℃で満たされるまで、沸き上げ運転が行われるものである。

又例えば目標沸き上げ温度が７０℃となった場合では、図４に示すフローチャートのように、（尚図３と同一のものには同一符号を付した。）先ず２３時の沸き上げ運転の開始時刻の到来で、ステップ４０でヒートポンプユニット３が駆動開始すると共に、ステップ４１で循環ポンプ１０が駆動することで、貯湯タンク２下部の低温水をヒーポン往き管９、循環ポンプ１０、水冷媒熱交換器５、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切替手段１３を介してバイパス管１４、貯湯タンク２下部に戻る循環を繰り返して順次加熱される。

次に加熱が進みステップ４４で水冷媒熱交換器５の出口温度センサ３２が、目標沸き上げ温度で決定する所定温度ここでは６５℃を検知したかを判断し、ＹＥＳでステップ４３に進んで流路切替手段１３をバイパス管１４側閉弁して、第２ヒーポン戻り管１２ｂ側を開弁して水冷媒熱交換器５で加熱された高温水を、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切替手段１３を介して第２ヒーポン戻り管１２ｂから貯湯タンク２上部に流通させて、該貯湯タンク２内がすべて７０℃で満たされるまで、沸き上げ運転が行われるものである。

更に例えば目標沸き上げ温度が７５℃以上となった場合では、図５に示すフローチャートのように、（尚図３と同一のものには同一符号を付した。）先ず２３時の沸き上げ運転の開始時刻の到来で、ステップ４０でヒートポンプユニット３が駆動開始すると共に、ステップ４１で循環ポンプ１０が駆動することで、貯湯タンク２下部の低温水をヒーポン往き管９、循環ポンプ１０、水冷媒熱交換器５、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切替手段１３を介してバイパス管１４、貯湯タンク２下部に戻る循環を繰り返して順次加熱される。

次に加熱が進みステップ４５で水冷媒熱交換器５の出口温度センサ３２が、目標沸き上げ温度で決定する所定温度ここでは７０℃を検知したかを判断し、ＹＥＳでステップ４３に進んで流路切替手段１３をバイパス管１４側閉弁して、第２ヒーポン戻り管１２ｂ側を開弁して水冷媒熱交換器５で加熱された高温水を、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切替手段１３を介して第２ヒーポン戻り管１２ｂから貯湯タンク２上部に流通させて、該貯湯タンク２内がすべて７５℃以上で満たされるまで、沸き上げ運転が行われるものである。

従って、給湯使用量である給湯付加によって上下動する目標沸き上げ温度に応じて、流路切替手段１３の切替温度も変動し貯湯温度とは関係しないので、第２ヒーポン戻り管１２ａからの貯湯タンク２上部への温水の供給が早くなり、該貯湯タンク２下部の中途半端な温度の温水の溜まりがなく、沸き上げ開始も早くなり短時間に沸き上げ運転を終了させることが出来るもので、極めて使用勝手が良く安心して使用出来るものである。
更に目標沸き上げ温度と切替温度とは常に一定の幅を保つようにしているので、流路切替手段１３が誤動作する心配がなく、的確に作動して常に良好な沸き上げ運転が行われるものである。

次に沸き上げ運転終了後に給湯栓１９を開くと、給水管１１からの給水圧により貯湯タンク２上部の高温水が出湯管１５に押し出され、給湯制御部２７により制御される給湯混合弁１７にて、給水バイパス管１６の低温水と給湯温度センサ２０の検出する温度が、前記リモコン２６の操作部３８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１８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２８で検出する残り貯湯量が少なくなったことを給湯制御部２７が検知し、貯湯タンク２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が行われるものである。

尚、この実施形態では、各家庭で違う給湯使用量によって変動する目標沸き上げ温度に応じて、流路切替手段１３の切替温度を可変しているが、目標沸き上げ温度ではなく、例えば貯湯タンク２内に風呂追い焚き用の熱交換器が内蔵されているか、いないかの構造的な相違や、深夜時間帯の運転か、昼間時間帯の運転の運転時間帯の相違や、優先するモードの相違や、外気温度や給水温度、追い焚き実績の有無等で、流路切替手段１３の切替温度を変更することも考えられるものである。
又貯湯タンク２を介さずにヒーポン往き管９とヒーポン戻り管１２をバイパス管１４で直接バイパスするようにしたものでも、貯湯タンク２内に中途半端な温水の貯留防止効果はなくなるが、この一実施形態と同じような効果は得られるものである。

この発明の一実施形態の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。同第１実施例のフローチャート。同第２実施例のフローチャート。同第３実施例のフローチャート。

符号の説明

２貯湯タンク
３ヒートポンプユニット
５水冷媒熱交換器
９ヒーポン往き管
１０循環ポンプ
１２ヒーポン戻り管
１３流路切替手段
１４バイパス管
２７給湯制御部
３２出口温度センサ

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内下部の湯水を前記水冷媒熱交換器に流入させるヒーポン往き管と、前記水冷媒熱交換器で加熱された高温水を貯湯タンクの上部に戻すヒーポン戻り管と、前記貯湯タンクの湯水をヒートポンプユニットの水冷媒熱交換器との間で循環させる循環ポンプを備えたヒートポンプ給湯機に於いて、前記ヒーポン戻り管と前記ヒーポン往き管とを直接或いは、貯湯タンクを介してバイパスするバイパス管を設け、更にヒーポン戻り管と前記バイパス管の接続部には、水冷媒熱交換器の出口温水温度を検知する出口温度センサが所定温度を検知することで、バイパス管側への流通からヒーポン戻り管側への流通へと流路切替手段を制御する給湯制御部を設け、前記給湯制御部は前記出口温度センサの所定温度を、貯湯タンクの目標沸き上げ温度に応じて変更する事を特徴とするヒートポンプ式給湯機。
前記貯湯タンクの目標沸き上げ温度は、給湯付加量に応じて決定され、流路切替手段が切替られる出口温度センサの所定温度は、前記目標沸き上げ温度が高くなれば高く、低くなれば低くなるようにした事を特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。