JP2009293811A

JP2009293811A - ヒートポンプ式給湯装置

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Publication number: JP2009293811A
Application number: JP2008144745A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Sakamaki; 治彦坂巻; Kenji Okuzawa; 賢二奥澤
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: JP5324826B2

Abstract

【課題】除霜運転を開始した際に水熱交換器に残存する余熱を有効に利用することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供する。
【解決手段】除霜運転が開始されると、第１給湯回路２０の第１ポンプ２２を除霜運転開始時の流量のまま除霜運転終了まで継続して運転するようにしたので、除霜運転を開始した直後に第１水熱交換器５０に残存する余熱によって第１給湯回路２０の給湯用水を加熱することができ、熱エネルギーを有効に利用することができる。この場合、除霜運転開始時に小流量に低下した流量のまま第１ポンプ２２の運転を継続することにより、第１水熱交換器５０の余熱が回収された後、第１水熱交換器５０に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、第１水熱交換器５０を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばヒートポンプ回路によって給湯用水を加熱する給湯装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ式給湯装置としては、圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器（ガスクーラ）に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、貯湯タンクの湯を浴槽や台所に供給するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、この給湯装置において、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくして蒸発器に流入する冷媒の温度を通常運転よりも高くすることにより、除霜運転を行うようにしている。
特開２００７−４０５５５号公報

ところで、前記給湯装置の除霜運転を開始した直後は、水熱交換器自体が高温であり、給湯回路の給湯用水を加熱可能な余熱が残存しているが、前記給湯装置では、除霜運転を開始すると給湯回路のポンプが停止するため、水熱交換器の余熱を給湯用水の加熱に利用することができず、その分だけ熱エネルギーの損失を生ずるという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、除霜運転を開始した際に水熱交換器に残存する余熱を有効に利用することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくすることにより、蒸発器に流通する冷媒の温度を高くする除霜運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯装置において、前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプを除霜運転開始時の流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えている。

これにより、除霜運転が開始されても給湯回路のポンプの運転が継続されることから、除霜運転を開始した直後に水熱交換器に残存する余熱によって給湯回路の給湯用水を加熱することができる。その際、除霜運転開始時のポンプの流量が蒸発器の着霜による能力低下により小流量に低下するように制御されている場合には、その流量のままポンプの運転が継続されるため、水熱交換器の余熱が回収された後、熱交換器に急激に低温の給湯用水が流入することがない。

また、本発明は前記目的を達成するために、圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくすることにより、蒸発器に流通する冷媒の温度を高くする除霜運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯装置において、前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプの流量を所定流量まで徐々に低下させた後、その流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えている。

これにより、除霜運転が開始されても給湯回路のポンプの運転が継続されることから、除霜運転を開始した直後に水熱交換器に残存する余熱によって給湯回路の給湯用水を加熱することができる。その際、除霜運転開始時にポンプの流量が蒸発器の着霜による能力低下により小流量に低下するように制御されていない場合でも、除霜運転開始時のポンプの流量が所定流量まで低下することから、水熱交換器の余熱が回収された後、熱交換器に急激に低温の給湯用水が流入することがない。また、ポンプの流量が徐々に低下することから、直ちに所定流量まで低下させる場合に比べ、除霜運転の開始直後に水熱交換器の余熱を回収するための流量が十分に確保される。

本発明によれば、除霜運転を開始した直後に水熱交換器に残存する余熱によって給湯回路の給湯用水を加熱することができるので、熱エネルギーを有効に利用することができ、ＣＯＰの向上に極めて有利である。この場合、水熱交換器の余熱が回収された後、水熱交換器に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、水熱交換器を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。

図１乃至図３は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は給湯装置の概略構成図、図２は制御系を示すブロック図、図３は制御部の動作を示すタイムチャートである。

同図に示す給湯装置は、冷媒を流通するヒートポンプ回路１０と、給湯用水を流通する第１給湯回路２０と、給湯用水を流通する第２給湯回路３０と、浴槽用水を流通する浴槽用回路４０と、ヒートポンプ回路１０の冷媒と第１給湯回路２０の給湯用水とを熱交換する第１水熱交換器５０と、第２給湯回路３０の給湯用水と浴槽用回路４０の浴槽用水とを熱交換する第２水熱交換器６０とを備えている。

ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１、膨張弁１２、蒸発器１３及び第１水熱交換器５０を接続してなり、図中実線矢印で示すように圧縮機１１、第１水熱交換器５０、膨張弁１２、蒸発器１３、圧縮機１１の順に冷媒を流通させるようになっている。尚、このヒートポンプ回路１０で使用される冷媒は、例えば二酸化炭素等の自然系冷媒である。膨張弁１２は、例えば周知の電子膨張弁からなり、開度を任意の調整可能になっている。蒸発器１３は送風機１３ａを有し、送風機１３ａによって外気と熱交換するようになっている。また、蒸発器１３には蒸発器１３の温度を検出する温度センサ１４が設けられ、蒸発器１３の近傍には外気温度を検出する外気温センサ１５が設けられている。

第１給湯回路２０は、貯湯タンク２１、第１ポンプ２２及び第１水熱交換器５０を接続してなり、図中白抜き矢印で示すように貯湯タンク２１、第１ポンプ２２、第１水熱交換器５０、貯湯タンク２１の順に給湯用水を流通させるようになっている。貯湯タンク２１には、給水管２３及び第２給湯回路３０が接続され、給水管２３から供給された給湯用水は貯湯タンク２１を介して第１給湯回路２０を流通するようになっている。貯湯タンク２１と浴槽Ａとは、第２ポンプ２４が設けられた流路２５を介して接続され、図中一点鎖線矢印で示すように第２ポンプ２４によって貯湯タンク２１内の給湯用水が浴槽Ａに供給されるようになっている。また、第１給湯回路２０には、貯湯タンク２１の流入側と流出側とを連通するバイパス流路２６が設けられ、貯湯タンク２１の流入側とバイパス流路２６との間には流路切換手段としての三方弁２７が設けられている。更に、第１水熱交換器５０の流出側と三方弁２７との間には、給湯用水の温度を検出する湯温センサ２８が設けられている。

第２給湯回路３０は、貯湯タンク２１、第３ポンプ３１及び第２水熱交換器６０を接続してなり、図中破線矢印で示すように貯湯タンク２１、第２水熱交換器６０、第３ポンプ３１、貯湯タンク２１の順に給湯用水を流通させるようになっている。

浴槽用回路４０は、浴槽Ａ、第４ポンプ４３及び第２水熱交換器６０を接続してなり、図中黒塗り矢印で示すように浴槽Ａ、第４ポンプ４３、第２水熱交換器６０、浴槽Ａの順に浴槽用水を流通させるようになっている。

第１水熱交換器５０は、ヒートポンプ回路１０及び第１給湯回路２０に接続され、ヒートポンプ回路１０を流通する冷媒と第１給湯回路２０を流通する給湯用水とを熱交換させるようになっている。第１水熱交換器５０は、図示していないが、環状に巻かれたチューブ状の管路内にヒートポンプ回路１０の高温側回路１０ａを配置してなる周知の構造からなり、高温側回路１０ａの冷媒との熱交換によって第１給湯回路２０の給湯用水を加熱するようになっている。

第２水熱交換器６０は、第２給湯回路３０及び浴槽用回路４０に接続され、第２給湯回路３０の給湯用水と浴槽用回路４０の浴槽用水とを熱交換させるようになっている。

前記給湯装置は、ヒートポンプ回路１０及び第１水熱交換器５０が配置された加熱ユニット７０と、貯湯タンク２１、第１ポンプ２２、第２ポンプ２４、第２給湯回路３０、第４ポンプ４３及び第２水熱交換器６０が配置されたタンクユニット８０とを備え、加熱ユニット７０とタンクユニット８０とは第１給湯回路２０を介して接続されている。

また、前記給湯装置は、マイクロコンピュータからなる制御部９０を備え、制御部９０には、圧縮機１１、膨張弁１２、第１ポンプ２２、送風機１３ａ、温度センサ１４、外気温センサ１５、三方弁２７及び湯温センサ２８が接続されている。この制御部９０では、温度センサ１４によって検出される蒸発器１３の温度と、外気温センサ１５によって検出される外気温度に基づいて蒸発器１３が着霜しているか否かを判定し、着霜していると判定した場合は、沸き上げ運転（通常運転）を除霜運転に切り換えるようになっている。

以上のように構成された給湯装置の沸き上げ運転においては、図３のタイムチャートに示すように、圧縮機１１が任意の周波数Ｆで運転されるように制御され、膨張弁１２が任意の開度Ｂになるように制御される。また、蒸発器１３の送風機１３ａが作動し、第１給湯回路２０の第１ポンプ２２が任意の流量Ｑで運転されるように制御される。

ここで、制御部９０によって除霜運転が開始されると、制御部９０は、所定時間Ｔ1 （例えば３０秒）が経過した後、圧縮機１１を除霜運転用の所定周波数Ｆ1 で運転するとともに、膨張弁１２を沸き上げ運転時よりも大きい所定の除霜運転用開度Ｂ1 に切り換え、除霜運転が開始してから所定時間Ｔ2 （例えば６０秒）が経過すると、送風機１３ａを停止する。また、除霜運転が開始されると、第１ポンプ２２の運転を除霜運転開始時の流量Ｑのまま継続する。これにより、第１水熱交換器５０に残存する余熱によって第１給湯回路２０の給湯用水が加熱され、貯湯タンク２１に供給される。その際、除霜運転開始時の第１ポンプ２２の流量Ｑは、蒸発器１３の着霜による能力低下により小流量に低下するように制御されているため、その流量Ｑのまま第１ポンプ２２の運転を継続することにより、第１水熱交換器５０の余熱が回収された後、第１水熱交換器５０に急激に低温の給湯用水が流入することがない。次に、余熱がなくなり湯温センサ２８の検出温度が設定温度（沸き上げ温度）以下になると、三方弁２７によって第１給湯回路２０の流路がバイパス流路２６側に切り換えられ、第１給湯回路２０の給湯用水が貯湯タンク２１に流入せずにバイパス流路２６を流通して第１給湯回路２０を循環する。この後、除霜運転が終了すると、第１ポンプ２２を沸き上げ運転時の制御により任意の流量Ｑで運転するとともに、送風機１３ａを作動する。次に、除霜運転が終了してから所定時間Ｔ3 （例えば３０秒）が経過すると、膨張弁１２を沸き上げ運転時の制御により任意の開度Ｂに切り換え、除霜運転が終了してから所定時間Ｔ4 （例えば６０秒）が経過すると、圧縮機１１を沸き上げ運転時の制御により任意の周波数Ｆで運転する。

このように、本実施形態によれば、除霜運転が開始されると、第１給湯回路２０の第１ポンプ２２を除霜運転開始時の流量Ｑのまま除霜運転終了まで継続して運転するようにしたので、除霜運転を開始した直後に第１水熱交換器５０に残存する余熱によって第１給湯回路２０の給湯用水を加熱することができ、熱エネルギーを有効に利用することができる。この場合、除霜運転開始時に小流量に低下した流量Ｑのまま第１ポンプ２２の運転を継続することにより、第１水熱交換器５０の余熱が回収された後、第１水熱交換器５０に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、第１水熱交換器５０を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。

また、貯湯タンク２１の流入側流路に設けた湯温センサ２８の検出温度が所定の設定温度（沸き上げ温度）以下になると、三方弁２７によって第１給湯回路２０の流路をバイパス流路２６側に切り換えることにより、第１給湯回路２０の給湯用水を貯湯タンク２１に流入させずに第１給湯回路２０を循環させるようにしたので、第１水熱交換器５０の余熱がなくなった後に第１ポンプ２２の運転が継続されていても、貯湯タンク２１に設定温度以下の給湯用水が流入することがなく、貯湯タンク２１内の給湯用水の温度低下を防止することができる。

図４は本発明の第２の実施形態を示すタイムチャートであり、前記実施形態とは制御部９０の動作の一部が異なる。

即ち、本実施形態では、制御部９０によって除霜運転が開始されると、前記実施形態と同様、制御部９０は、所定時間Ｔ1 （例えば３０秒）が経過した後、圧縮機１１を除霜運転用の所定周波数Ｆ1 で運転するとともに、膨張弁１２を沸き上げ運転時よりも大きい除霜運転用の所定の開度Ｂ1 に切り換え、除霜運転が開始してから所定時間Ｔ2 （例えば６０秒）が経過すると、送風機１３ａを停止する。また、除霜運転が開始されると、第１ポンプ２２の流量を所定流量Ｑ1 まで徐々に低下させた後、その流量Ｑ1 のまま除霜運転終了まで継続して運転する。これにより、第１水熱交換器５０に残存する余熱によって第１給湯回路２０の給湯用水が加熱され、貯湯タンク２１に供給される。その際、第１ポンプ２２の流量は所定流量Ｑ1 まで低下するため、第１水熱交換器５０の余熱が回収された後、第１水熱交換器５０に急激に低温の給湯用水が流入することがない。次に、余熱がなくなり湯温センサ２８の検出温度が設定温度（沸き上げ温度）以下になると、三方弁２７によって第１給湯回路２０の流路がバイパス流路２６側に切り換えられ、第１給湯回路２０の給湯用水が貯湯タンク２１に流入せずにバイパス流路２６を流通して第１給湯回路２０を循環する。この後、除霜運転が終了すると、第１ポンプ２２を沸き上げ運転時の制御により任意の流量Ｑで運転するとともに、送風機１３ａを作動する。次に、除霜運転が終了してから所定時間Ｔ3 （例えば３０秒）が経過すると、膨張弁１２を沸き上げ運転時の制御により任意の開度Ｂに切り換え、除霜運転が終了してから所定時間Ｔ4 （例えば６０秒）が経過すると、圧縮機１１を沸き上げ運転時の制御により任意の周波数Ｆで運転する。

本実施形態によれば、除霜運転が開始されると、第１給湯回路２０の第１ポンプ２２の流量を所定流量Ｑ1 まで徐々に低下させた後、その流量Ｑ1 のまま除霜運転終了まで継続して運転するようにしたので、前記実施形態と同様、除霜運転を開始した直後に第１水熱交換器５０に残存する余熱によって第１給湯回路２０の給湯用水を加熱することができ、熱エネルギーを有効に利用することができる。この場合、除霜運転開始時に第１ポンプ２２の流量Ｑが小流量まで低下していない場合でも、第１ポンプ２２の流量を所定流量Ｑ1 まで低下させることにより、第１水熱交換器５０の余熱が回収された後、第１水熱交換器５０に急激に低温の給湯用水が流入することがないので、前記実施形態と同様、第１水熱交換器５０を流通する給湯用水によって除霜用の冷媒の温度を低下させることがなく、除霜効率の低下を防止することができる。また、第１ポンプ２２の流量を徐々に低下させるようにしているので、直ちに流量Ｑ1 まで低下させる場合に比べ、除霜運転の開始直後に第１水熱交換器５０の余熱を回収するための流量を十分に確保することができ、余熱による給湯用水の加熱を効率良く行うことができる。

本発明の第１の実施形態を示す給湯装置の概略構成図制御系を示すブロック図制御部の動作を示すタイムチャート本発明の第２の実施形態に係る制御部の動作を示すタイムチャート

符号の説明

１０…ヒートポンプ回路、１１…圧縮機、１２…膨張弁、１３…蒸発器、２０…第１給湯回路、２２…第１ポンプ、２６…バイパス流路、２７…三方弁、５０…第１水熱交換器、９０…制御部。

Claims

圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくすることにより、蒸発器に流通する冷媒の温度を高くする除霜運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯装置において、
前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプを除霜運転開始時の流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えた
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
圧縮機から吐出した冷媒を水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して蒸発器に流通し、圧縮機に吸入するヒートポンプ回路と、給湯用水をポンプによって水熱交換器に流通することによりヒートポンプ回路の冷媒によって給湯用水を加熱する給湯回路と、ヒートポンプ回路で加熱された給湯回路の給湯用水を貯溜する貯湯タンクとを備え、蒸発器の除霜を行う場合には、膨張弁の開度を大きくすることにより、蒸発器に流通する冷媒の温度を高くする除霜運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯装置において、
前記除霜運転が開始されると、給湯回路のポンプの流量を所定流量まで徐々に低下させた後、その流量のまま除霜運転終了まで継続して運転する制御手段を備えた
ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
前記給湯回路における貯湯タンクの流入側流路と流出側流路とを連通するバイパス流路と、
貯湯タンクの流入側の給湯用水の温度が所定の設定温度以下になると、給湯回路の流路をバイパス流路に切り換える流路切換手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ式給湯装置。