JP2012172944A

JP2012172944A - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP2012172944A
Application number: JP2011037768A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Matsumoto; 悠介松本; Makoto Morita; 誠森田
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】沸き上げ運転終了直前の貯湯タンク下部の中温水を中温蓄熱材を通過させることで蓄熱し、この熱で凍結予防運転時の低温水を加熱するヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】貯湯タンク２下部の湯水を循環ポンプ１０を駆動して、ヒーポン往き管９、水冷媒熱交換器５、ヒーポン戻り管１２、バイパス管１４、貯湯タンク２下部に戻す循環をさせて凍結を防止する凍結予防運転を行わせる給湯制御部２７とを備えたもので、前記ヒーポン往き管９、水冷媒熱交換器５、ヒーポン戻り管１２の流路切換手段１３までの回路途中には、沸き上げ運転終了直前の２０℃〜３０℃の中温水温度を蓄熱する中温蓄熱材３３を備え、凍結予防運転時の低温水を加熱するようにしたので、電力消費が抑えられ極めて経済的で無駄のない使用が出来るものである。
【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、ヒーポンユニットからのヒーポン戻り管に流路切換手段を介して貯湯タンク下部に戻るバイパス管を接続し、低外気温時に凍結防止の為に、循環ポンプを駆動して貯湯タンク下部の低温水を、ヒーポン往き管、ヒーポンユニット内の水冷媒熱交換器、ヒーポン戻り管、バイパス管を介して貯湯タンク下部へと戻る循環を繰り返す、凍結予防運転を行うものであった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１０−３２１５０号公報

ところでこの従来のものでは、外気温が更に低下し、低温水の上記循環回路の循環だけでは凍結する恐れがある時には、ヒートポンプユニットを駆動して低温水を加熱して凍結を防止するものであるが、電力が消費されて省エネにはならないと言う課題を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と、前記ヒーポン戻り管の途中に流路切換手段を介して接続され湯水を貯湯タンク下部に戻すバイパス管と、前記貯湯タンク下部からの湯水を循環ポンプ及びヒートポンプユニットを駆動して加熱し貯湯タンク上部に戻す運転を繰り返して、貯湯タンク内の湯水を沸き上げる沸き上げ運転と、貯湯タンク下部の湯水を循環ポンプを駆動して、ヒーポン往き管、水冷媒熱交換器、ヒーポン戻り管、バイパス管、貯湯タンク下部に戻す循環をさせて凍結を防止する凍結予防運転を行わせる給湯制御部とを備えたものに於いて、前記ヒーポン往き管、水冷媒熱交換器、ヒーポン戻り管の流路切換手段までの回路途中には、沸き上げ運転終了直前の中温水の温度を蓄熱する中温蓄熱材を備え、凍結予防運転時の低温水を加熱するようにしたものである。

この発明によれば、沸き上げ運転終了直前の２０℃〜３０℃の中温水の熱を中温蓄熱材が蓄熱することで、温度低下した湯水が水冷媒熱交換器で加熱されるので、効率が向上するものであり、又凍結予防運転で中温蓄熱材を貯湯タンク内の低温水が通過することで、加熱されて温度上昇しながら循環するので、外気温が低下してもヒートポンプユニットを駆動する必要がなく、電力消費が抑えられ極めて経済的で無駄のない使用が出来るものである。

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。同凍結予防運転状態を説明する概略構成図。

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なる流路切換手段で、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が駆動され流路切換手段１３は第１ヒーポン戻り管１２ａからの湯水をバイパス管１４側に流し、貯湯タンク２下部からヒーポン往き管９、水冷媒熱交換器５、第１ヒーポン戻り管１２ａ、バイパス管１４から貯湯タンク２下部に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及び循環ポンプ１０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からの湯水を初めて第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り、貯湯タンク２下部からヒーポン往き管９、水冷媒熱交換器５、ヒーポン戻り管１２から貯湯タンク２上部へと湯水を循環させて沸き上げるものである。

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である。

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に備えられ手動で給水の開閉を行う止水栓。２３は前記給水管１１に備えられ水道圧を減圧する減圧弁、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、貯湯タンク２内の湯水の沸き上げ運転や凍結予防運転も制御するものである。

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内の湯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、加熱後の湯水温度を検知するものである。

３３はヒーポン往き管９の途中に備えられた中温蓄熱材で、ヒーポン往き管９を覆って設けられ、固体状態の中温蓄熱材が沸き上げ運転終了直前の２０℃〜３０℃の中温水温度を吸熱して液体状態に相変化して蓄熱し、そして凍結予防運転で貯湯タンク２下部の５℃〜１０℃の低温水の循環時には、この蓄熱した２０℃〜３０℃の熱で低温水を徐々に加熱して中温蓄熱材３３は固体状態に戻るものであり、凍結の危険を有した低温水が温度上昇されて、エネルギー効率（ＣＯＰ）が向上すると共に、ヒートポンプユニット３を駆動させることなく、低温水の温度を可能としたので、電力の消費量を増やすことなく極めて経済的に凍結予防が行われるものである。

前記リモコン２６には押圧式の電源スイッチ３４、給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ３５、浴槽（図示せず）への湯張りを指示する湯張りスイッチ３６、湯張り量を設定する湯張り量設定スイッチ３７、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３８とを有した操作部３９と、ドットマトリクス型の蛍光表示管よりなる表示部４０と、これら操作部３９及び表示部４０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４０に操作部３９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２９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４０はドットマトリクス型の液晶表示部としても良い。

ここで、給湯機の電源は時間帯別電灯であり、夜間（ここでは２３時から翌朝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り、更に沸き上げ運転中に、外気温センサ３０が凍結危険温度以下を検知しても、沸き上げ運転中で凍結の危険がないので、凍結予防運転には入らないようにしているものである。

次にこの一実施形態の作動を説明すれば、上記の時間帯で給湯制御部２７からの制御信号により、沸き上げ運転が開始される。
この沸き上げ運転は、ヒートポンプユニット３及び循環ポンプ１０の駆動で、貯湯タンク２下部の低温水をヒーポン往き管９から水冷媒熱交換器５に流入させ、ここで加熱した高温水をヒーポン戻り管１２を介して貯湯タンク２上部に戻し、順次この循環を繰り返して貯湯タンク２内に高温水を貯湯して沸き上げ運転を終了するものである。

しかしこの沸き上げ運転終了直前では、高温水と低温水の境界層が下部に低下していることにより、２０℃〜３０℃の中温水がヒーポン往き管９を介して水冷媒熱交換器５に供給されようとするが、この時ヒーポン往き管９には中温蓄熱材３３が備えられているので、固体状態の中温蓄熱材３３が２０℃〜３０℃の中温を吸熱して液体状態となって蓄熱するので、熱を奪われる中温水は低温水となり水冷媒熱交換器５で熱交換することで、エネルギー効率（ＣＯＰ）が向上するものである。

又沸き上げ運転終了後に外気温が低下し外気温センサ３０が凍結危険温度以下を検知した場合には、給湯制御部２７が循環ポンプ１０のみを駆動させると共に、流路切換手段１３を第２ヒーポン戻り管１２ｂ側からバイパス管１４側に流路切換させ、貯湯タンク２下部の５℃〜１０℃の低温水をヒーポン往き管９、水冷媒熱交換器５、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切換手段１３、バイパス管１４から貯湯タンク２下部に戻す流通をする中で、ヒーポン往き管９途中の中温蓄熱材３３が液体状態から固体状態に戻ることによる放熱により、該ヒーポン往き管９を流通する低温水が徐々に加熱されて、水冷媒熱交換器５、第１ヒーポン戻り管１２ａ、流路切換手段１３、バイパス管１４から貯湯タンク２下部に戻るので、ヒートポンプユニット３の駆動による加熱を極力抑えることが出来、電力消費量が少なくて経済的な運転が行えるものである。

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
１３流路切換手段
１４バイパス管
１２ヒーポン戻り管
２７給湯制御部
３０外気温センサ
３３中温蓄熱材

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と、前記ヒーポン戻り管の途中に流路切換手段を介して接続され湯水を貯湯タンク下部に戻すバイパス管と、前記貯湯タンク下部からの湯水を循環ポンプ及びヒートポンプユニットを駆動して加熱し貯湯タンク上部に戻す運転を繰り返して、貯湯タンク内の湯水を沸き上げる沸き上げ運転と、貯湯タンク下部の湯水を循環ポンプを駆動して、ヒーポン往き管、水冷媒熱交換器、ヒーポン戻り管、バイパス管、貯湯タンク下部に戻す循環をさせて凍結を防止する凍結予防運転を行わせる給湯制御部とを備えたものに於いて、前記ヒーポン往き管、水冷媒熱交換器、ヒーポン戻り管の流路切換手段までの回路途中には、沸き上げ運転終了直前の中温水の温度を蓄熱する中温蓄熱材を備え、凍結予防運転時の低温水を加熱するようにした事を特徴とするヒートポンプ式給湯機。