JP2011117643A

JP2011117643A - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: JP2011117643A
Application number: JP2009274103A
Authority: JP
Inventors: Masahito Megata; 雅人目片
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】熱ロスを減少させ、高効率にて加熱運転を行うことのできる貯湯式給湯機を提供する。
【解決手段】圧縮機１、冷媒対水用熱交換器７、減圧装置３、冷媒対空気用熱交換器４を順次接続した冷媒回路と、前記冷媒対水用熱交換器７にて加熱した温水を貯湯する貯湯タンク１１と、前記貯湯タンク１１内の湯水を前記冷媒対水用熱交換器７を介して循環させる循環手段８とを備え、前記冷媒対水用熱交換器７から前記貯湯タンク１１へ湯水を搬送する水配管経路および前記貯湯タンク１１から前記冷媒対水用熱交換器７へ湯水を搬送する水配管経路に、三方弁（１２、１３）を配設したことを特徴とするもので、除霜時の熱ロスを低減すると同時に除霜時間の短縮を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯用のタンクを備える貯湯式給湯機に関するものである。

現在、貯湯式給湯機としてはガスや電気ヒータ、または灯油等を用いて水を加熱する方式のものが大勢的であるが、近年のエネルギー利用効率化の要望の観点からヒートポンプを利用した貯湯式給湯機が一般世帯に普及していっている。

図５に、従来の温水暖房機能を有する貯湯式給湯機の構成図を示す（例えば、特許文献１参照）。

ヒートポンプを利用した貯湯式給湯機にて加熱運転を行う場合、室外機６内にある圧縮機１で高温・高圧に加熱された冷媒は四方弁２から接続配管１５を通じて室内機９内に設置している冷媒対水用熱交換器７で循環ポンプ８にて貯湯タンク１１から送られてきた水と熱交換される。

この結果、水は加熱されて湯になり、同時に冷媒温度は低下する。湯は再び貯湯タンク１１に戻され、利用されるまで貯湯タンク１１に貯められる。温度の下がった冷媒は減圧装置３を通じることにより低温・低圧の二相流に変化し、接続配管１５を通じて室外機６内にある冷媒対空気熱交換器４へ送られる。前記冷媒対空気熱交換器４では送風ファン５によって強制的に大気から熱を奪うことにより内部の冷媒は蒸発し気化する。気化した冷媒は四方弁２から再び圧縮機１に吸い込まれ、高温・高圧に加熱されることにより再び水を加熱していく。

ここで外気温度が低い領域で運転を継続する場合、冷媒対空気熱交換器４の温度が氷点下を下回るため大気中の水分が冷媒対空気熱交換器４の表面に霜として付着し、加熱能力を低下させる。この霜を除去するために一定時間ごとまたは所定の冷媒対空気熱交換器４温度に到達した場合に除霜運転を行い、冷媒対空気熱交換器４の温度を上昇させることで霜を除去し、再び加熱運転を行う。

除霜運転時には、圧縮機１で加熱された高温高圧の冷媒を四方弁２を切り替えることにより、冷媒対空気熱交換器４に送ることにより温度を上昇させる。冷媒対空気熱交換器４で熱交換された冷媒は、減圧装置３を通じることにより低温・低圧の二相流に変化し、接続配管１５を通じて室内機９内にある冷媒対水用熱交換器７に送られ内部の冷媒は、水と熱交換を行うことにより蒸発し、気化する。気化した冷媒は接続配管１５から四方弁２を通じ再び圧縮機１に吸い込まれ、高温・高圧に加熱されることにより再び霜を溶かしていく。

このように除霜時には水から奪った熱を利用して冷媒対空気熱交換器の除霜を行うため、貯湯タンクから冷媒対水用熱交換器間を循環させている水は、除霜時も常に循環させておく必要がある。

特開２００８−８２６５３号公報

しかしながら、除霜時に貯湯タンク下部から供給された比較的低い温度の水を、冷媒対水用熱交換器で、さらに温度を下げた後に、高温の湯が貯められている貯湯タンク上部に戻されるため、暖房等に利用する熱ロスが発生する。また、比較的温度の低い水から熱を奪って除霜を行うため、除霜時間が長くなってしまうという問題もある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、除霜時の熱ロスを低減し除霜時間を短縮することにより、全体の効率を向上させることを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯機は、圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記冷媒対水用熱交換器にて加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒対水用熱交換器を介して循環させる循環手段とを備え、前記冷媒対水用熱交換器から前記貯湯タンクへ湯水を搬送する水配管経路および前記貯湯タンクから前記冷媒対水用熱交換器へ湯水を搬送する水配管経路に、三方弁を配設したことを特徴とするもので、除霜時の熱ロスを低減すると同時に除霜時間の短縮を行うことができる。

本発明によれば、貯湯タンク内の熱を損なうことなく冷媒対空気熱交換器の除霜を行うことで、除霜時間の短縮を図ることができ、システム全体の効率を向上させた貯湯式給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の貯湯運転時の冷媒・湯水の流れ図同除霜運転時の冷媒・湯水の流れ図本発明の実施の形態２における貯湯式給湯機の貯湯運転時の冷媒・湯水の流れ図同除霜運転時の冷媒・湯水の流れ図従来の貯湯式給湯機の構成図

第１の発明は、圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記冷媒対水用熱交換器にて加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒対水用熱交換器を介して循環させる循環手段とを備え、前記冷媒対水用熱交換器から前記貯湯タンクへ湯水を搬送する水配管経路および前記貯湯タンクから前記冷媒対水用熱交換器へ湯水を搬送する水配管経路に、三方弁を配設したことを特徴とする貯湯式給湯機で、一方向に循環させる循環ポンプを用いて、貯湯タンクから運転モードに適した湯温の湯水を冷媒対水用熱交換器に搬送できるため、除霜時の熱ロスを低減すると同時に除霜時間の短縮を行うことができる。

第２の発明は、それぞれの三方弁は、貯湯タンクの上部と下部との連通を切り替える構成とし、前記それぞれの三方弁の前記冷媒対水用熱交換器を介して連通する流路間に、循環手段を配設したことを特徴とするもので、一方向に循環させる循環ポンプを用いて、貯湯タンク上部から下部、または、貯湯タンク下部から上部へと、任意に循環方向を変化させることができ、除霜時には、貯湯タンク上部から湯水を冷媒対水用熱交換器に搬送し、貯湯タンク下部へ戻すことで、除霜時の熱ロスを低減すると同時に除霜時間の短縮を行うことができる。

第３の発明は、圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記冷媒対水用熱交換器にて加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒対水用熱交換器を介して循環させる循環手段とを備え、前記冷媒対水用熱交換器にて温水を加熱する運転時には、前記貯湯タンクの下部から上部に温水が循環するように、また、除霜運転時には、前記貯湯タンクの上部から下部に温水が循環するように、前記循環手段の回転方向を変更することを特徴とする貯湯式給湯機で、簡易な水配管経路にて、貯湯タンク上部から下部、または、貯湯タンク下部から上部へ任意に循環方向を変化させることができるため、除霜時には、貯湯タンク上部から湯水を冷媒対水用熱交換器に搬送し、貯湯タンク下部へ戻すことで、除霜時の熱ロスを低減すると同時に除霜時間の短縮を行うことができる。

第４の発明は、圧縮機、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を室外機に収納し、冷媒対水用熱交換器を室内機に収納したことを特徴とするもので、設置場所の自由度を増すことができる。

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、本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、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機における貯湯運転時の冷媒・湯水の流れ図であり、図２は、除霜運転時の冷媒・湯水の流れ図である。

貯湯式給湯機は、圧縮機１、四方弁２、減圧装置３、冷媒対空気用熱交換器４、送風ファン５からなる室外機６と、冷媒対水用熱交換器７、循環ポンプ８からなる室内機９による加熱手段１０と、貯湯タンク１１、三方弁Ａ１２、三方弁Ｂ１３からなるタンクユニット１４により構成される。室外機６と室内機９は接続配管１５を通じて接続されており、室内機９とタンクユニット１４は水配管経路１６を通じて接続されている。

室外配管温検知手段１７は、冷媒対空気用熱交換器４の入口に設置されており、減圧装置３から冷媒対空気用熱交換器４に流入する冷媒温度を検出する。制御手段１８は、圧縮機１の運転周波数、循環ポンプ８の回転数、減圧装置３の開度、送風ファン５の回転数、三方弁Ａ１２、三方弁Ａ１２の流路切替等の動作を制御する。

上記の貯湯式給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、四方弁２から接続配管１５を通じて室内機９内に設置している前記冷媒対水用熱交換器４に流入し、ここで水道から貯湯タンク１１を通じて前記循環ポンプ８から送られてきた水を加熱する。高温・高圧の過熱ガス冷媒は水と前記冷媒対水用熱交換器７内で熱交換を行うことにより温度が低下し液化する。

液化した冷媒は再び接続配管１５を通じて前記減圧装置３で減圧され、前記冷媒対空気用熱交換器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、四方弁２を通じて前記圧縮機１へ戻る。一方、前記冷媒対水用熱交換器７で加熱された湯は、前記貯湯タンク１１の上部に流入し、この貯湯タンク１１で貯湯され、この貯湯タンク１１に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給される。

ここで、外気温度が低い状態で加熱運転を継続すると冷媒対空気用熱交換器４の温度が氷点下を下回るため、表面に霜が付着する。霜の付着がどんどん増加していくと、冷媒対空気用熱交換器４での熱交換性能が低下していくため、加熱能力が減少してしまう。このため、前記室外配管温検知手段１７が一定温度を下回った場合、または、加熱運転を開始してから一定時間が経過した場合には、この付着した霜を取り除くために除霜運転を行う
必要がある。

除霜運転時には、図２に示すように、圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、四方弁２を通じて、冷媒対空気用熱交換器４に流入し、冷媒対空気用熱交換器４の温度を上昇させることにより除霜を行う。

温度が低下し液化した冷媒は減圧装置３で減圧された後、接続配管１５を通じて室内機９内に設置している冷媒対水用熱交換器７に送られる。冷媒対水用熱交換器７では水から熱を奪って冷媒の温度が上昇することで蒸発し気化した状態で、再び接続配管１５から四方弁２を通じて圧縮機１へ戻る。

通常の加熱運転の際には、貯湯タンク１１下部から供給された水が、冷媒対水用熱交換器７と熱交換した後貯湯タンク１１上部へ戻されるが、除霜時には制御手段１８を通じて三方弁Ａ１２及び三方弁Ｂ１３を切り替え、水の流れを貯湯タンク１１上部から冷媒対水用熱交換器７を通じて貯湯タンク１１下部へ戻す経路へ変更する。

これにより、冷媒対水用熱交換器７で熱交換された比較的低い水が貯湯タンク１１下部に戻されるため、従来加熱した湯温を低下させることがなくなり、除霜による熱ロスが減少する。

また、比較的高温の湯から冷媒対水用熱交換器７を通じて熱を奪って除霜を行うため、短時間によって除霜を完了することができ、全体の効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは、必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の貯湯式給湯機における貯湯運転時の冷媒・湯水の流れ図であり、図４は、除霜運転時の冷媒・湯水の流れ図である。

貯湯式給湯機の構造については、三方弁が除去され貯湯タンク上部及び下部の水配管経路がそれぞれ１つずつとした以外は実施の形態１と同一である。

上記の貯湯式給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、四方弁２から接続配管１５を通じて室内機９内に設置している前記冷媒対水用熱交換器７に流入し、ここで水道から貯湯タンク１１を通じて前記循環ポンプ８から送られてきた水を加熱する。高温・高圧の過熱ガス冷媒は水と前記冷媒対水用熱交換器７内で熱交換を行うことにより温度が低下し液化する。

ここで、外気温度が低い状態で加熱運転を継続すると冷媒対空気用熱交換器４の温度が氷点下を下回るため、表面に霜が付着する。霜の付着がどんどん増加していくと冷媒対空気用熱交換器４での熱交換性能が低下していくため、加熱能力が減少してしまう。このため、前記室外配管温検知手段１７が一定温度を下回った場合、または加熱運転を開始してから一定時間が経過した場合にはこの付着した霜を取り除くために除霜運転を行う必要が
ある。

除霜運転時には、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、四方弁２を通じて前記冷媒対空気用熱交換器４に流入し冷媒対空気用熱交換器４の温度を上昇させることにより除霜を行う。温度が低下し液化した冷媒は、減圧装置３で減圧された後、接続配管１５を通じて室内機９内に設置している冷媒対水用熱交換器７に送られる。

冷媒対水用熱交換器７では水から熱を奪って冷媒の温度が上昇することで蒸発し気化した状態で、再び接続配管１５から四方弁２を通じて圧縮機１へ戻る。通常の加熱運転の際には、貯湯タンク１１下部から供給された水が冷媒対水用熱交換器７と熱交換した後、貯湯タンク１１上部へ戻されるが、除霜時には制御手段１８を通じて循環ポンプ８の回転方向を切り替え、水の流れを貯湯タンク１１上部から冷媒対水用熱交換器７を通じて貯湯タンク１１下部へ戻す経路へ変更する。

これにより、冷媒対水用熱交換器７で熱交換された比較的低い水が貯湯タンク１１下部に戻されるため、従来加熱した湯温を低下させることがなくなり除霜による熱ロスが減少する。また比較的高温の湯から冷媒対水用熱交換器７を通じて熱を奪って除霜を行うため、短時間によって除霜を完了することができ、全体の効率を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯機は、必要に応じて水の流路方向を任意に変更することができるため、貯湯タンクを有する製品全般に適用することができる。

１圧縮機
７冷媒対水用熱交換器
３減圧装置
４冷媒対空気用熱交換器
６室外機
８循環ポンプ（循環手段）
９室内機
１０加熱手段
１１貯湯タンク
１２三方弁Ａ
１３三方弁Ｂ
１６水配管経路

Claims

圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記冷媒対水用熱交換器にて加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒対水用熱交換器を介して循環させる循環手段とを備え、前記冷媒対水用熱交換器から前記貯湯タンクへ湯水を搬送する水配管経路および前記貯湯タンクから前記冷媒対水用熱交換器へ湯水を搬送する水配管経路に、三方弁を配設したことを特徴とする貯湯式給湯機。
それぞれの三方弁は、貯湯タンクの上部と下部との連通を切り替える構成とし、前記それぞれの三方弁の前記冷媒対水用熱交換器を介して連通する流路間に、循環手段を配設したことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
圧縮機、冷媒対水用熱交換器、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を順次接続した冷媒回路と、前記冷媒対水用熱交換器にて加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒対水用熱交換器を介して循環させる循環手段とを備え、前記冷媒対水用熱交換器にて温水を加熱する運転時には、前記貯湯タンクの下部から上部に温水が循環するように、また、除霜運転時には、前記貯湯タンクの上部から下部に温水が循環するように、前記循環手段の回転方向を変更することを特徴とする貯湯式給湯機。
圧縮機、減圧装置、冷媒対空気用熱交換器を室外機に収納し、冷媒対水用熱交換器を室内機に収納したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。